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"Dispositif de soufflage de l'arc électrique"
L'objet d'invention est un nouveau dispositif de soufflage de l'arc électrique dans les appareils à haut pouvoir de coupure et pour les tensions moyennes, plus spéciale-. ment 220 à 3 000 volts.
La nouvelle conception de ce dispositif permet de réaliser, avec l'emploi des aimants permanents exécutés suivant l'objet d'invention en forme de tores aimantés radialement, des chambres d'extinction simples et de dimensions réduites, vu que l'arc électrique s'établissant entre les contacts logés dans un tube de préférence rectangulaire est obligé, par suite des champs magnétiques de sens opposés entre les tores susmention- nés, de s'étendre en forme de zig-zag en étant en même temps
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projeté contre les parois ou plaques refroidissantes et déionisantes accélérant son extinction.
Au lieu d'intervenir énergiquement avec les moyens techniques déjà connus pour diminuer la section du noyau de l'arc et augmenter le plus rapidement possible sa tension, le dispositif suivant l'objet d'invention, vise en premier , lieu l'augmentation rapide de sa longueur dans un espace très réduit. Le risque. de surtensions, surtout en cas de coupure des circuits inductifs, est ainsi sensiblement réduit.
En dehors de cela, l'emploi des aimants permanents assure un champ de soufflage constant aussi en cas de coupure des courants faibles, ce qui est avantageux en cas de coupure des tensions :;; 500 V ou de courant continu. Les techniciens modernes ont réussi à réaliser des aimants permanents dont l'intensité de champ dans l'entrefer ne diminue pas de plus de 5 % environ en vingt ans. Leurs hautes performances assurent, même dans les entrefers relativement grands, des champs ; magnétiques supérieurs à 150 gauss. En dehors de cela, certaine alliages magnétiques sont insensibles aux courants démagnétisants..
Les figures !, à 12 représentent schématiquement et à titre d'exemples quelques réalisations du nouveau dispositif"'-: de soufflage de l'arc.
La figure 1 est la coupe longitudinale suivant le plan A-B de la figure 2, la figure 2 est une vue de coté suivant la flèche A (figure 1) sur la chambre d'extinction, la figure 3 est uns vue en plan de l'appareil, suivant la flèche
C dans la figure 1, figure 4 représente une variante de la chambre d'expansion et de refroidissement de l'arc dévié par le champ magnétique des aimants permanents A-P symétriquement opposés, la figure 5 représente une variante d'exécution de la chambre d'expansion représentée dans la figure 4 mais munie de plaques déionisantes et refroidissantes représentées dans
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la figure 6, la figure 7 est une vue schématique sur un appareil triphasé muni de chambres de soufflage avec double rupture,
la figure 7A représente schématiquement une autre variante d'exécution de la chambre de soufflage en forme de tore.
L'appareil suivant la figure 1 se compose d'un tube de préférence rectangulaire, dans lequel se déplace le contact 1 en forme de segment et s'appuie sur le contact fixe et élastique 2.
En cas de double coupure, la chambre d'extinction est divisée par l'entretoise 5 (figure 3) en deux compartiments électriques isolés et parallèles I et II. Les contacts mobiles 1 et 1A sont électriquement liés.
Autour de ladite chambre 9 sont symétriquement opposés au moins une paire d'aimants permanents APl, AP2 (respectivement AP3, AP4, etc. ).
Les aimants susmentionnés sont exécutés, suivant l'objet d'invention, comme aimants possédant la forme d'un tore aimanté radialement. Par suite, et comme il résulte des figures 1 et 2, chaque paire d'aimants crée ,dans la chambre de soufflage 9, deux champs magnétiques de sens opposés Fl et F2 et une zone neutre n délimitée par les plans Kl et K2.
L'arc électrique s'établissant entre les points d'émission P1 et P2 (figure 1) des contacts ouverts est obligé de suivre la trajectoire E, sensiblement en forme de donc zig-zeg er,/de se prolonger dans un espace tubulaire et relati- vement réduit.
En dehors de cela, l'arc est projeté par les champs magnétiques susmentionnés contre les parois de la chambre munies, soit de plaques métalliques 7, soit de segments facilement interchangeables en charbon résistant aux tempéra- tures très élevées.
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Suivant une variante d'exécution, les plaques susmention- nées sont remplacées par des capsules creuses 7 (figure 4) munies des orifices 8 dans lesquels passe le contact mobile 1.
Ainsi, une chambre d'expansion et en même temps de refroidissement de l'arc 10 est constituée dans laquelle l'arc E est obligé de suivre la trajectoire sensiblement en forme de Set d'angmenter sa longueur et venir en contact avec ses parois refroidissantes.
Il est aussi possible d'exécuter la capsule 7 en matière céramique et d'y loger les segments 15,16, soit métalliques non magnétiques (de préférence en cadmium), soit en charbon.
La chambre d'extinction 9 est exécutée de préférence en matière céramique, en forme de gouttière de profil rectangu- laire fermée par un couvercle 6. En cas de double rupture, une double gouttière I, II, (figure 3) est prévue et recouverte. par les parois 6 et 6' symétriquement opposées.
Les figures 5 et 6 représentent une autre variante d'exécution de la chambre de soufflage. Les capsules d'expansion ? sont remplacées par les plaques 12 (figure 6) munies d'une double fente 13 se rétrécissant dans les sens symétriquement opposés et dans lesquelles se déplace le contact mobile 1, de telle manière que l'arc électrique y puisse osciller, soit dans le sens Ul, soit dans le sens U2. Les plaques 12 sont symétriques par rapport au plan de symétrie 0 - 0'.du contact plat 1. Elles peuvent être exécutées soit en matière céramique, soit en métal non magnétique ou, suivant l'objet d'invention, en charbon à résistance ohmique élevée. Les orifices 19,20 servent en premier lieu à l'équilibrage de la pression des gaz chauds dans la chambre 9.
Le champ magnétique le plus puissant est établi, comme on l'observe de la figure 5, au voisinage des contacts 1, 2.
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La chambre 9, en forme de segment tubulaire peut se terminer par un couvercle 21. Cependant, il est préférable de la concevoir, pour les tensions élevées, de telle manière que le contact 1 reste électriquement isolé aussi dans sa position ouverte, comme il résulte des figures 1 et 5.
Pour les tensions basses (220/380 V), une seule paire d'aimants permanents AP (figure 1) est suffisante ainsi qu'une longueur de segment réduite à moins de /2r (figure 1).
-La chambre se termine par un couvercle (plan U) muni d'une rainure pour permettre le passage du contact 1.
Par contre, pour lès tensions élevées, surtout pour le courant continu, une rupture multiple peut être obtenue en disposant les deux segments 9 et 9A de longueur r symétrique- ment autour du plan M-N, comme il résulte schématiquement de la figure ?A.
La figure 7 représente schématiquement un disjoncteur ou contacteur tripolaire avec double coupure suivant la figure 3. On y observe que l'aimant AP' entre les pales 91, 911 et 9II-9III, aimanté radialement, accomplit avantageusement le rôle de deux aimants nécessaires pour l'appareil monopolaire.
Les champs magnétiques Hl et H2 sont représentés par les flèches.
Les figures lA, 1B représentent le dispositif de contact et de soufflage de l'arc électrique simplifié et destiné plus spécialement pour les tensions jusqu'à 500 volts et intensités nominales jusqu'à 150 ampères. Afmn d'augmenter la surface de refroidissement des contacts et permettre ainsi la réduction sensible de leur largeur, le contact dit mobile est exécuté en forme d'un segment plat 14 muni d'une découpure 14' pour permettre son passage dans la chambre 9 fermée par le couvercle 23 de préférence métallique ou en charbon avec la rainure 23'.
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Dans la variante d'exécution suivant les figures 1B, la chambre 9 est munie de segments cylindriques en métal non magnétique ou en charbon ?A, 7D, disposés autour des rainures 21, 22 servant pour l'échappement d.es gaz chauds.
La figure 8 représente schématiquement une nouvelle combinaison des contacts de soufflage de l'arc 1, 2 avec les contacts principaux 34, 35, destinés aux intensités élevées.
Suivant une varisnte d'exécution, les contacts mobiles princi- paux 25 constituent une partie intégrante des segments de refroidissement 14 et s'appuient sur les contacts fixes 34, Cependant, il est possible de prolonger le segment 14 par un nez 26 se terminant par le contact 27 s'appuyant sur le contact fixe 35. Or, dans cette exécution, le segment 14, contact de soufflage l'et contact principal 27 poss0dentla forme d'un E.
La figure 9 représente une variante d'exécution de la chambre de soufflage décrite dans la figure 1B. Suivant cette variante d'exécution, les deux moitiés 9A, 9B de la chambre de soufflage sont munies des orifices 29 circulaires, dans lesquels sont logés les tores magnétiques AP1, AP2 exécutés en ferrites électriquement isolantes. La suspension desdits tores dans la chambre de soufflage peut être exécutée suivant l'objet d'invention comme il suit : deux disques 30, métalli- ques mais non magnétiques (ou en charbon) solidaires des tiges de préférence isolantes 31 passant à travers les orifices.
39 des tores magnétiques AP1, AP2 sont fixés sur les parois extérieures de la chambre 9A, 9B par l'intermédiaire des étriers élastiques 33.
Enfin, les figures 10- 12 représentent schématiquement une simplification du dispositif de soufflage suivant les principes décrits ci-dessus, ce dispositif simplifié étant constitué uniquement de deux tores AP1, AP2 formant les tuyères 28 circulaires autour de la vité 10 destinée au soufflage
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de l'arc.
Le contact mobile 1 peintre entre les tores APl, AP2 dont les orifices sont bouchés par les tiges de fixation et non représentés dans les figures, par la rainure 41. Les tores sont distancés, toujours suivant l'objet d'invention, par les entretoises de préférence métalliques 39, 40, subdivisant ainsi les fentes entre les tores en plusieurs tuyères et par suite aussi l'arc électrique ou gaz chauds pouvant s'échapper éventuellem ent dans une direction déterminée et suivant les flèches U. La figure 12A est la section des tores AP suivant le plan AB, figure 10, la figure 12B est vue sur les deux tores suivant la flèche F, figure 11 est vue de côté, suivent la flèche F1.
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"Electric arc blowing device"
The object of the invention is a new device for blowing the electric arc in devices with high breaking capacity and for medium voltages, more special. ment 220 to 3,000 volts.
The new design of this device makes it possible to achieve, with the use of permanent magnets executed according to the object of the invention in the form of radially magnetized tori, simple extinguishing chambers of reduced dimensions, since the electric arc s 'making between the contacts housed in a preferably rectangular tube is forced, as a result of opposing magnetic fields between the aforementioned tori, to extend in a zig-zag shape while being at the same time
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projected against the cooling and deionizing walls or plates accelerating its extinction.
Instead of intervening energetically with the technical means already known to reduce the section of the core of the arc and increase its voltage as quickly as possible, the device according to the object of the invention aims firstly, the rapid increase of its length in a very small space. The risk. overvoltages, especially in the event of a cut in the inductive circuits, is thus significantly reduced.
Apart from this, the use of permanent magnets ensures a constant blowing field also in the event of a weak current cut, which is advantageous in the event of a voltage cut: ;; 500 V or direct current. Modern technicians have succeeded in producing permanent magnets whose field strength in the air gap does not decrease by more than about 5% in twenty years. Their high performance ensures, even in relatively large air gaps, fields; magnetic greater than 150 gauss. Apart from this, some magnetic alloys are insensitive to demagnetizing currents.
Figures! To 12 represent schematically and by way of example some embodiments of the new device "'-: for blowing the arc.
Figure 1 is the longitudinal section along the plane AB of Figure 2, Figure 2 is a side view along arrow A (Figure 1) on the extinguishing chamber, Figure 3 is a plan view of the device, following the arrow
C in figure 1, figure 4 shows a variant of the expansion and cooling chamber of the arc deflected by the magnetic field of the symmetrically opposed permanent magnets AP, figure 5 shows an alternative embodiment of the chamber of expansion shown in Figure 4 but provided with deionizing and cooling plates shown in
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Figure 6, Figure 7 is a schematic view of a three-phase device provided with blowing chambers with double break,
FIG. 7A schematically shows another variant embodiment of the torus-shaped blowing chamber.
The apparatus according to figure 1 consists of a preferably rectangular tube, in which the contact 1 moves in the form of a segment and rests on the fixed and elastic contact 2.
In the event of a double break, the extinguishing chamber is divided by the spacer 5 (FIG. 3) into two isolated and parallel electrical compartments I and II. The movable contacts 1 and 1A are electrically linked.
Around said chamber 9 are symmetrically opposed at least one pair of permanent magnets AP1, AP2 (respectively AP3, AP4, etc.).
The aforementioned magnets are executed, according to the object of the invention, as magnets having the shape of a radially magnetized torus. As a result, and as it results from FIGS. 1 and 2, each pair of magnets creates, in the blowing chamber 9, two magnetic fields of opposite directions Fl and F2 and a neutral zone n delimited by the planes K1 and K2.
The electric arc being established between the points of emission P1 and P2 (figure 1) of the open contacts is forced to follow the path E, substantially in the form of a zig-zeg er, / to extend into a tubular space and relatively reduced.
Apart from this, the arc is projected by the aforementioned magnetic fields against the walls of the chamber provided either with metal plates 7 or with easily interchangeable segments made of carbon resistant to very high temperatures.
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According to an alternative embodiment, the aforementioned plates are replaced by hollow capsules 7 (FIG. 4) provided with orifices 8 through which the movable contact 1 passes.
Thus, an expansion chamber and at the same time for cooling the arc 10 is formed in which the arc E is forced to follow the path substantially in the form of a Set to angulate its length and come into contact with its cooling walls. .
It is also possible to make the capsule 7 in ceramic material and to house therein the segments 15,16, either non-magnetic metal (preferably cadmium) or carbon.
The extinguishing chamber 9 is preferably made of ceramic material, in the form of a gutter with a rectangular profile closed by a cover 6. In the event of a double break, a double gutter I, II, (figure 3) is provided and covered. . by the walls 6 and 6 'symmetrically opposed.
Figures 5 and 6 show another alternative embodiment of the blowing chamber. Expansion capsules? are replaced by the plates 12 (figure 6) provided with a double slot 13 narrowing in symmetrically opposite directions and in which the movable contact 1 moves, so that the electric arc can oscillate therein, either in the direction Ul, or in the direction U2. The plates 12 are symmetrical with respect to the plane of symmetry 0 - 0 '. Of the flat contact 1. They can be made either of ceramic material or of non-magnetic metal or, depending on the object of the invention, of ohmic resistance carbon. high. The orifices 19,20 serve primarily for balancing the pressure of the hot gases in the chamber 9.
The strongest magnetic field is established, as seen in Figure 5, in the vicinity of contacts 1, 2.
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The chamber 9, in the form of a tubular segment may end with a cover 21. However, it is preferable to design it, for high voltages, such that the contact 1 remains electrically isolated also in its open position, as it follows. Figures 1 and 5.
For low voltages (220/380 V), a single pair of AP permanent magnets (figure 1) is sufficient as well as a segment length reduced to less than / 2r (figure 1).
-The chamber ends with a cover (U plane) provided with a groove to allow the passage of contact 1.
On the other hand, for the high voltages, especially for the direct current, a multiple rupture can be obtained by arranging the two segments 9 and 9A of length r symmetrically around the plane M-N, as it follows schematically from FIG.
FIG. 7 diagrammatically represents a three-pole circuit breaker or contactor with double breaking according to FIG. 3. It is observed there that the magnet AP 'between the blades 91, 911 and 9II-9III, magnetized radially, advantageously fulfills the role of two magnets necessary for the monopolar device.
The magnetic fields H1 and H2 are represented by the arrows.
FIGS. 1A, 1B represent the device for contacting and blowing the electric arc simplified and intended more especially for voltages up to 500 volts and nominal currents up to 150 amps. In order to increase the cooling surface of the contacts and thus allow a significant reduction in their width, the so-called movable contact is made in the form of a flat segment 14 provided with a cutout 14 'to allow its passage into the closed chamber 9. by the cover 23 preferably metallic or made of carbon with the groove 23 '.
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In the variant embodiment according to FIGS. 1B, the chamber 9 is provided with cylindrical segments of non-magnetic metal or of carbon A, 7D, arranged around the grooves 21, 22 serving for the exhaust of hot gases.
FIG. 8 schematically shows a new combination of the arc blowing contacts 1, 2 with the main contacts 34, 35, intended for high currents.
According to a variant embodiment, the main movable contacts 25 constitute an integral part of the cooling segments 14 and rest on the fixed contacts 34. However, it is possible to extend the segment 14 by a nose 26 ending in the contact 27 resting on the fixed contact 35. However, in this embodiment, the segment 14, the blow-out contact and the main contact 27 have the shape of an E.
FIG. 9 represents an alternative embodiment of the blowing chamber described in FIG. 1B. According to this variant embodiment, the two halves 9A, 9B of the blowing chamber are provided with circular orifices 29, in which the magnetic toroids AP1, AP2 are housed, made of electrically insulating ferrites. The suspension of said toroids in the blowing chamber can be carried out according to the object of the invention as follows: two discs 30, metallic but not magnetic (or made of carbon) integral with the preferably insulating rods 31 passing through the orifices. .
39 of the magnetic toroids AP1, AP2 are fixed to the outer walls of the chamber 9A, 9B by means of the elastic brackets 33.
Finally, FIGS. 10-12 schematically represent a simplification of the blowing device according to the principles described above, this simplified device consisting only of two toroids AP1, AP2 forming the circular nozzles 28 around the vity 10 intended for the blowing.
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of the arc.
The movable contact 1 painter between the tori APl, AP2, the orifices of which are blocked by the fixing rods and not shown in the figures, by the groove 41. The tori are spaced, still according to the object of the invention, by the spacers preferably metallic 39, 40, thus subdividing the slots between the toroids into several nozzles and consequently also the electric arc or hot gases which can possibly escape in a determined direction and according to the arrows U. FIG. 12A is the section toroids AP along plane AB, FIG. 10, FIG. 12B is seen on the two toroids along arrow F, FIG. 11 is seen from the side, following arrow F1.