CA1140625A - Interrupteur modulaire a soufflage par champ magnetique et circulation induite de gaz - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un interrupteur modulaire à soufflage par champ magnétique et à refroidissement par air. Cet interrupteur est constitué d'une pluralité de modules identiques qui comprennent chacun un corps plat fait en un matériau électriquement non conducteur et perméable à l'air. Ce corps plat est divisé en une chambre d'arc supérieure et une chambre d'arc inférieure séparées l'une de l'autre par une paroi centrale. Chaque chambre est pourvue d'un contact électrique fixe qui s'étend à travers le corps du module de façon a ce que ce dernier puisse être monté par deux de ses faces sur une ligne électrique. Un contact électrique double et mobile est monté sur un axe passant à travers la paroi centrale du corps. Ce contact double est pourvu d'une barre de contact à chaque extrémité, chacune de ces barres de contact se trouvant dans l'une des deux chambres du module de façon à coopérer avec le contact fixe de cette même chambre. Un axe pivotant fait en matériau non conducteur passe a travers le corps et est relié à l'axe du contact double pour pouvoir faire pivoter ce dernier et ainsi déplacer les deux barres de contact simultanément de façon à venir établir un contact électrique avec les contacts fixes du module ou l'inverse pour laisser passer ou interrompre le courant circulant dans la ligne électrique. Une bobine est montée de façon à pouvoir êtreexcitée par le courant circulant dans la ligne électrique, pour créer un champ magnétique suffisant pour souffler les arcs électriques se formant dans les chambres lorsque les barres de contact sont décollées des contacts fixes. Des passages sont prévus depuis l'extérieur du corps de chaque module vers les contacts fixes et mobile de ce même module pour que l'air ou un gaz ambiant puisse être aspiré à l'intérieur des chambres lorsque les arcs sont soufflés et puisse ainsi refroidir lesdits contacts fixes et mobiles.

Description

La présente invention se rapporte de façon generale à l'interruption d'un courant continu ou alternatif eleve circulant dans une ligne electrique à haute tension au moyen d'un interrupteur ou d'un disjoncteur.
Plus specifiquement, la presente invention a pour objet un interrupteur ou disjoncteur du type connu sous le nom d'interrupteur à soufflage par champ magnetique, dans lequel le courant à interrompre circule a travers une bobine qui genère un fort champ magnetique capable d'etirer et couper l'arc electrique qui se produit dès que les contacts de l'interrupteur ou du disjoncteur sont separes. L'etirement de l'arc provoque une augmentation rapide de la tension aux bornes de l'arc et force ainsi le courant à tendre vers 0 et donc a se rompre.
Les dispositifs d'interruption de courant à soufflage par champ magnetique de type conventionnel sont habituellement constitues d'un simple interrupteur comprenant un contact fixe et un contact mobile entre lesquels un arc electrique se forme lorsqu'il ~ a ouverture du circuit et que le courant electri-que circule encore. L'arc ainsi forme est etire entre lescontacts par un champ magnetique qui est produit perpendicu-lairement à ses derniers par une bobine electriquement connectee en serie avec les contacts à travers lesquels circule le cou-rant qui doit être interrompu. La tension d'arc qui a toujours une polarite opposee a la tension de la source de courant est proportionnelle a la longueur de l'arc' et augmente donc lorsque l'arc s'etire sous l'effet du champ pour finalement reduire l'intensite courant electrique à 0 et ainsi assurer l'interruption desiree. Afin de pouvoir augmenter la tension d'arc par augmentation de la longueur de ce dernier, on utilise dans les interrupteurs de type connu une multiplicite de cham~res placees en aval de la direction dans laquelle l'arc ?~ ~
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est etire. De cette facon, l'arc qui se forme au moment de la separation des contacts est sectionne en une serie de petits arcs elementaires qui sont étirés respectivement dans chacune des chambres jusqu'a ce que finalement la -tension augmente au point où le couran-t devienne nul. Ces petits arcs élementaires sont alors individuellement refroidis dans chaque chambre. Les principaux problemes que l'on rencontre dans les interrupteurs du type precedemment decrit sont d'une part le fait que la longueur totale des arcs elementaires ainsi formes doit être tres grande ce qui la rend instable et d'autre part le fait que ces fortes tensions sont difficilement supportees par un seul interrupteur. Un autre probleme est le fait que la vitesse de l'arc produit est lente, donc les temps d'interruption sont longs et l'érosion des contacts par l'arc est élevée. Enfin, les interrupteurs conventionnels de ce type sont aussi limités dans leur utilisation par la faible isolation électrique produite par le contact ouvert de l'inter-rupteur.
I.a présente invention a pour objet un interrupteur du même type que précédemment mais construit à partir d'un concept entièrement différent, qui permet d'éviter les divers inconvénients ci-dessus men-tionnés. Selon ce nouveau concept, un module standardisable est utilisé.` Ce module comprend deux chambres adjacentes montées dans UII boitier de forme simple et compacte. Ces chambres ont chacune leurs éléments de contact électriquement connectés ensemble en série et mécaniquement opérés ensemble pour assurer un temps d'in-tcrruption cxtrem~mcnt court.
A partir de ce concep-t de base, on peut, lorsqu'on a affaire a des tensions plus élevées, utillser une pluralité
de modules a double chambre du type précédemment decrit, tous inden-tiques e-t superposables. Les modules sont empiles les uns au dessus des autres et fixes ensemble de facon à ce

- 2 -l~V~25 que les contacts de toutes les chambres soient re~iés en serie.De plus, on relie ensemble tous les contacts mobiles des diverses chambres de façon mecanique de façon à ce qu'ils puissent être tous simultanement ouverts ou fermes.
Chaque module est avantageusement conçu de façon à ce que l'arc en s'éloignant des con-tacts genère une succion qui aspire un gaz ambiant tel que l'air, depuis l'exterieur des chambres ~usqu'à l'interieur de celles-ci de facon à
ameliorer l'isolation de chaque chambre durant et après l'in-terruption de courant tout en refroidissant les contacts setrouvant au sein de ces dernières.
Plus specifiquement, la presente invention a pour objet un nouvel interrupteur modulaire à soufflage par champ magnetique et refroidissement par air ou yaz, destine à être mon-t~
sur une ligne electrique. Cet interrupteur inclut au moins un module comprenant un corps plat fait en un materiau electri-quement non conducteur et permeable aux gaz. Ce corps plat est divise en une chambre d'arc superieure et une chambre d'arc inferieure separees l'une de l'autre par une paroi centrale. Chaque chambre est pourvue d'un contact electriquefixe qui s'etend à travers le corps du module de fason à ce que ce dernier puisse être monte par deux de ses surfaces .
opposees sur la ligne electrique. Un contact electrique double et mobile est monte sur un axe passant à travers la paroi cen-trale du corps. Ce contact double est pourvu d'une barre de contact à chaque extremite, chacune de ces barres de contact se trouvan-t dans l'une des deux chambres du module de façon à cooperer avec le contact fixe de ce-tte même chambre. Un axe pivotant fait en un materiau non conducteur passe à travers le corps et est relie à l'axe du contact double pour pouvoir faire pivoter ce dernier et ainsi deplacer les deux barres de contact simultanement de facon a venir

3 -V~2S

etablir un contact electrique avec les contacts fixes du module ou l'inverse, pour laisser passer ou interrompre le courant circulant dans la ligne electrique. Une bobine faisant partie integrante de l'interrupteur est montee sur la ligne electrique de façon à pouvoir être excitee par le courant circulant dans celle-ci e-t ainsi pouvoir creer un champ magne-tique suffisant pour souffler des arcs electriques se formant dans les chambres lorsque les barres de contact sont décollées des contacts Eixes. Enfin, des moyens de passage sont prévus depuis l'extérieur du corps de chaque module vers les contacts fixes et mobiles de ce même module pour que l'air ou le gaz ambian-t puisse être aspiré a l'intérieur des chambres lorsque les arcs sont soufflés et puissent ainsi venir refroidir lesdits contacts fixes et mobiles.
En fonction de l'usage auquel est destine l'inter-rupteur, la bobine peut être montee soit en serie sur le circuit electrique constituee par les divers contacts de l'interrupteur reliés electriquement ensemble, ou en parallele par rapport a ce même circuit.
Tel que precedemment indique et lorsque l'usage le justifie, l'interrupteur modulaire à soufflage par champ magnetique et a refroidissement par air ou gaz selon l'invention, peut comprendré une pluralite de modules empiles les uns au dessus des autres et fixës ensemble dans cette position.
Chaque module peut être equipe de plaques de metal non magnetiques montees sur chacune de ses faces opposees et electriquement reliees aux contacts fixes pour dissiper la chaleur. Dans ce cas, l'axe pivotant servant a operer les contacts doubles doit avoir une longueur suffisante pour relier les contacts doubles de tous les modules ensemble de façon a ce que ces con-tact puissent tous operes simultanement.

Un empilement de modules tel que precedemment .
~ - 4 -3~

décrit peut être utilise comme limiteur de courant en relian-t electriquement les extremites d'une large bobine aux plaques de metal fixees à la surface des modules d'extremite de l'enEilement pour dissiper la chaleur.
Le principe general de l'invention ainsi que plusieurs modes de realisation particuliers de celle-ci vont maintenant etre decrits en se referant aux dessins annexes dans lesquels:
la fiyure 1 est un schema en coupe d'un in-terrupteur electrique a soufflage par champ magnetique de type con-ventionnel;
la figure 2 est un schema en perspective explose d'un interrupteur modulaire selon l'invention, destine a illustrer le principe de fonctionnement de celui-ci;
la figure 3 est une vue en coupe d'un interrupteur modulaire selon l'invention, comprenant deux modules à dou~le chambre;
les fiyures 4 et 5 sont des vues en coupe de .
modules à double chambre selon deux modes de realisation differents;
la figure 6 est une vue en plan d'un module selon l'invention dont le disque de dessus a ete enleve pour montrer une chambre a arc et. les contacts a l'interieur de celle-ci;
les figures 7 et 8 sont des schemas en elevation de deux interrupteurs modulaires selon l'invention comprenant une pluralite de modules de base.
Tel que precedemment indique, la figure 1 est destinee a illustrer la structure d'un dispositif d'interruption de courant a soufflage par champ magnetique de type conven-tionnel monte sur une ligne electrique 1 et equipe d'unseul interrupteur constitue par un contact electrique fixe 3 et un contact electrique mobile 5 monte sur un pivot 7 de façon :

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à pouvoir se decoller du cont~ct fixe 3 ou ~ revenir. La ligne electrique 1 est reliee à une bobine de soufflage par champ magnétique (non illustree) a l'aide de conducteurs 9 definissant entre eux en espace dans lequel l'arc se deplace lorsque qu'il est souffle)~ par le champ magnetique cree par la bobine dans une direction perpendiculaire. De façon à
augmenter la tension d'arc, l'arc est dirige vers une multipli-cite de chambres 11 formees cl l'interieur du boltier 13 du dispositif d'interruption au moyen d'une pluralite d'ailettes ou de parois isolantes 15. Lorsque les contacts 3 et 5 sont separes, l'arc 17 se forme immediatement et se deplace dans l'espace defini entre les conducteurs 9 sous l'action de la force magnetique generee par la bobine. Le centre de l'arc 17 qui s'eloigne ainsi des contacts, entre dans les chambres 11 ou il se trouve sectionne en une serie de petitsarcs elemen-taires qui sont a leur tour etires et courbes jusqu'a ce que leur longueur totale soit suffisamment ~rande pour que la tension d'arc ait une valeur suffisante pour amener le courant circulant dans la ligne l a la valeur 0.
Un tel dispositif d'interruption de courant fonctionne bien mais est limite par la capacité d'isolation de ces contacts 3 et 5. De plus, si la tension dans la ligne elec-trique augmente, la longueur de l'arc 17 devra augmenter de la meme façon pour pouvoir interrompre la circulation du cou-rant dans la ligne. Pour ces diverses raisons, le temps d'interruption du courant dans un dispositif de ce type es-t de l'ordre de quelques dizaines de millisecondes, ce qui est relativement long e-t condui-t a une erosion rapide des contacts de l'interrupteur.
L'interrupteur de courant selon l'invention permet de remedier a ces divers inconvenients. Cet interrupteur inclut au moins un module comprenant deux chambres d'arc ,~

' chacune pourvue de moyens d'interruption du courant montes en serie sur la li~ne electrique dont le courant est a interrompre. Si la valeur de la tension de la ligne elec-trique le rend necessaire, deux ou plusieurs modules du type precedent peuvent etre empiles et leurs contacts relies en series. De cette façon, une chambre d'arc de dimensions standards peut etre prevue pour obtenir un temps d'interruption beaucoup plus cour-t que celui presentement obtenu avec le dispositif d'interruption du type precedemment decrit. En fai-t, il a ete decouvert selon l'invention que le temps d'in-terruption peut etre reduit a une milliseconde ou moins en utilisant des modules supportant 5 kV, chaque module ayant la forme d'un disque plat de diamètre approximatif de 6 ou 7 pouces ou d'une plaquette rectan~ulaire de 5 ou 6 pouces de largeur, le disque ou la plaquette ayant une epaisseur n'exe-dant pas 2 pouces. Ces dimensions sont bien sur donnees uniquement à titre d'exemple et ne doivent en aucun cas etre utilisees pour limiter la portee de la presente invention.
La figure 2 des dessins annexes montre deux modules 19 et 19' qui sont identiques. Pour cette raison, seul le module de dessus 19 sera decrit ci-dessous.
Le module 19 comprend un corps illustre ici par des plaques 21 et 23 a l'interieur de chacune desquelles une chambre d'arc circulaire 25 et 27 est formee. Des mo~ens d~interrup-tion du courant sont disposes sensiblement au centre de chaque chambre 25 et Z7. Les moyens de la chambre superieure comprennent un contact fixe 29 et un contact mobile et pivotant 31. De façon similaire, les moyens d'interruption du courant de la chambre inferieure 27 comprennent un contact fixe 33 et un contact mobile et pivotant 35.
Les contacts mobiles 31 et 35 sont respectivement equipés de barres de con~act 30 et 32 qui sont destinees à

V~

travailler en cooperation avec les contacts fixes 29 et 33 d'une fa~on qui est deja bien connue. Comme on peut le constater, cette description s'applique egalement au module inferieur l9'.
Les contacts 29, 31, 33 et 35 sont bien entendu faits en materiaux non-magnetiques et electriquement conducteurs, tel que du cuivre.
Les contacts mobiles 31 et 35 des moyens d'interrup-tion des deux chambres d'arc sont electriquement relies et sont en fait constitues d'un seul element comme il sera explique ci-dessous dans la description des modes de realisation preferes de l'invention. Une caracteristique particuliere-ment importan-te de la presente invention reside dans le fait que les contacts mobiles 31 et 35 sont non seulement electri-quement interconnectes puisqu'ils forment en fait qu'un seul element pourvu à chaque extremite des barres 30 et 32 prece-demment mentionnees, mais egalement operes par le même axe pivotant fait en un materiau non~conducteur. Cet axe sert aussi a operer les elements de contact 31' et 35' du module inferieur 19'.
Une bobine 37 destinee a fournir une force magnetique suffisante 39, est reliee par ses deux extrémites au contact fixe 33 de la chambre 27 et au contact fixe 29' de la chambre 25' du module inferieur 19'.
Enfin, les chambres sont chacune pourvues de parois 41, 43, 41' et 43l interieures, definissant des passages G depuis l'exterieur du corps de chaque module vers les contacts fixes et mobilcs clc cc même module pour guidcr un gaz ou l'air ambiant aspire à l'interieur des chambres lorsque les arcs sont souffles, comme il sera explique ci-dessous.

~e courant circulant dans la ligne electrique entre ~ . .
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dans l'interrupteur en 44 via le contact fixe 29 de la chambre 25. Ce courant sort de l'interrupteur en 44' via le con-tact Eixe 33' de la chambre 27' du module inférieur 19'. On peu-t donc constater que le courant circulan-t dans les moyens d'in-terruption des chambres d'arc sucessives se deplace d'une direction à l'autre au fur à mesure que l'on passe d'une cham-bre à la suivante. En d'autres mots, le courant circule du contact 29 au contac-t 31 dans la chambre 25 et du contact 35 au contact 33 dans la chambre 27, puis circule dans la bobine 37 avant de circuler à nouveau du contact 29' au contact 31' dans la chambre 25' et du contact 35' au contact 33' dans la chambre 27'. Il en resulte que lorsque les barres pivotan-tes 30, 32, 30' et 32' sont ouvertes simultanement par l'axe de pivotement qui leur est commun, et sont deplacees le long de la ligne pointille 45, le champ magnetique 39 va etirer les arcs en direction opposee dans les chambres successives 25, 27, 25' et 27', sous l'action du champ magnetique 39. Les arcs individuels ainsi etires rapidement vers le mur periphe-rique des chambres vont creer une tension d'arc proportionnelle à leur longueur respective, qui va à son tour conduire à une reduction du courant jusqu'à 0, c'est-à-dire à l'interruption du courant desiree. ~ -Il convient a nouveau de rappeler qu'une caracte-ristique essentielle de llinvention reside dans le Eait que tous les ensembles de deux contacts mobiles contenus dans chaque module 31 et 35 ainsi que 31' et 35' et leurs barres de contact respectives 30 et 32 ainsi que 30' et 32' sont non seulement interconnectés electriquemen-t mais egalement relies mecanique-ment ensemble de ~açon à être operes simultanement. Ceci conduit à l'obtention d'un appareil très compact dans lequel la tension de travail de chaque chambre peut être relativement petite avec, comme resultat, une reduction du temps d'inter-ruption et par consequent une diminu-tion subs-tan- _ _ g tielle de l'érosion des contacts des moyens d'interruption au sein de chaque chambre.
On peut finalement ajouter que le corps de chaque module 19 et 19' est fait en un matériau non-conducteur permeable à l'air, tel que de billes de verre compressees.
La flgure 3 montre une vue en coupe verticale de l'interrupteur montre de façon schematique sur la ~igure 2.
On peut constater à nouveau sur cette figure que les modules 19 et 19' sont de structure identique. De préférence, chaque module tel que le module 19 est composé d'un disque plat intermediaire 47 et de deux disques extérieurs 49 et 51 montés sur les deux faces externes du disque intermédiaire 47 et fixés a celui-ci au moyen, par exemple, d'une colle résistant a de hautes températures appliquée Ie long de leur péripherie exterieure. Les faces des disquesextérieurs 49 et 51 qui sont adjacentes au disque intermédiaire 47, sont chacune pourvues d'un renfoncement peu profond et a fond plat 53 et 55. Le disque intermediaire est egalement pourvu sur chacune de ses deux faces exterieures d'un renfoncement peu profond et à
fond plat 57. Ces renfoncements 57 sont similaires entre eux ont une forme et une dimension identiques à celles des renfoncements 53 et 55 de facon à pouvoir coopérer géométri-~uement avec ces derniers pour definir les chambres diarc 25 et 27.
La figure 3 montre également les passages G formes par les parois 41 et 41~ precedemment mentionnees. Pour des raisons de simplicite, les moyens d'interruption de chaque chambre n'ont pas ete illustres.
On peut egalement noter sur cette ~igure que la hauteur de diverses chambres 25, 27~ 25' et 27' est la même et est choisie de façon à être egale à ou plus petite que le diametre d des arcs formés dans chaque chambre. De cette façon, les arcs formes touchent les parois opposees des chambres lorsqu'ils sont acceleres radialement depuis les élements de contacts lorsque ceux-ci sont ouverts. Ce mouvement centrifuge de l'arc dans chaque chambre et le fait que celul-cl touche aux paro:Ls, crée une succlon de l'air ou d'un gaz depuis l'exterieur de la chambre vers l'espace defini entre les contacts. Ceci resulte en une amelioration de l'isolation des contacts qui ont a supporter la tension d'arc ainsi que de l'ensemble de la chambre, par elimination des gaz ionises qui se trouvent entre les contacts, et en un refroidis-sement ces derniers. Le mouvement du gaz de re~roidissement ainsi aspire est illustre a l'aide de flèches dans les passages G illustres sur la figure 2. Le gaz qui se trouve compressé
en avant de l'arc lorsque celui-ci est étire s'échappe a travers les parois de la chambre grâce a la porosité du materiau avec lequel est constitue le corps de chaque module.
On peut egalement noter sur la figure 3 que la bobine de soufflage est a proximite des modules associbs l9 et 19l -et par consequent de leurs chambres respectives de façon a pouvoir creer un champ magnetique puissant permettant une acceleration adequate des arcs. En fait, il a ete decouvert selon l'invention qu'un tel arrangement permet d'accélerer l'etirement des arcs electriques de fa~on beaucoup plus rapide que n'importe quel dispositif d'interruption de type connu.
Les vues en coupe illustrees sur les figures 4 et 5 ainsi que la vue en plan illustree sur la figure 6 sont destinees a montrer les variantes possibles de realisation des moyens d'interruption au sein des chambres d'arc. On peut ainsi voir que chaque contact fixe 29 est constitue d'une barre 63 fixee au disque intermediaire 47 de n'importe quelle maniere connue, et prolongee vers le haut par un plot 65 passant a travers les disques exterieurs 49 et 51 jusqu'à

atteindre la surface externe de ceux-ci. La barre 63 a une surface inclinée 67 (voir figure 6). D'autre part, le contact mobile 31 a un axe central 69 se terminant à chaque extremite par une barre 71 s'etendant lateralement et pourvu d'une surface incli.née 67' (voir figure 6) destinee a venir en contact electrique avec les surfaces inclinées 67 des contacts fixes 29 correspondants.
Le contact mobile 31 du module est monte sur un pivot 73 fait en un materiau electriquemen-t non-conducteur.
Ce pivot s'etend a travers le module et est actionne en rotation au moyen d'un mecanisme d'operation qui peut etre de construc-tion standardconnue de tout homme de l'art.
On comprendra à la lecture de la description ci-dessus que.si plusieurs modules sont utilises en serie, un seul plVOt 73 sera utilise pour amener en rotation tous les contacts mobiles 31 simultanement de façon a ouvrir les divers moyens d'interruption ou les fermer tous ensemble.
Sur la figure 4, on peut noter que les contacts fixes 29 sont disposes de chaque cote du contact mobile double 31 qui, a ses barres de contact 71 qui s'etendent dans des directions opposees. Ceci conduit a une symetrie plane des faces opposées du disque intermediaire 47 et a une simi-litude de forme des disques exterieurs 49 et 51.
Sur la figure 5, les modules illustres sont cons truits tel que montre de façon schematique sur la figure 2.
~es contacts fixes 29 sont disposes l'un au-dessus de l'autre alors que le contact mobile 31 a ses barres de contact 71 orientees dans la meme direction depuis l'axe central 69.
Ceci conduit à une symétrie lineaire de chaque module.
Lorsque plusieurs modules doivent etre empiles les uns au-dessus des autres, il est preferable de fixer sur les faces opposees de chaque module des plaques 75 de metal non-~;1 - 12 -- -z~ ~

magnetique pour dissiper la chaleur. Ces plaques qui son-t donc -fixees sur les surfaces exterieures des disques exterieurs 49 et 51 sont elec-triquemen-t connectes aux plots 65 et aux contacts Eixes 29. Les modules ainsi empiles peuvent etre fixes les uns aux autres par n'importe quel moyen connu tel que par exemple avec des boulons et des ecrous elec-triquement non-conducteur ou par collaye.
En se reférant maintenan-t à la figure 5, lorsqu'un nombre important de modules doivent être u-tilises et que la résistance a la torsion du pivot 73 semble être insuffisante si la force de rota-tion est appliquée seulement a l'une de ses extrémités, on peut utiliser un mecanisme different de rotation selon ce mecanisme, l'interrupteur modulaire est monte avec du jeu dans un boltier 77 destine à entrainer le pivot 73. A cette fin le pivot 73 est fixe au boltier 77 au moyen de barres d'entrainement 79 s'etendant en travers de passa~es ouverts prevues a cet effet a travers les disques intermediaires 47 des modules qui doivent être equipes avec de tels barres d'entralnement 79. Le nombre de barres dependra bien entendu du nombre de modules formant l'interrup-teur mais on pourra apprecier que, de cette façon, l'effort de torsion que subit l'axe 73 est reduit jusqu'a une limite acceptable.
Le boîtier 77 peut etre lui-même amene en rotation par rapport à l'interrupteur par n'importe quel moyen d'entralnement conventionnel.
De toute evidence, le boItier 77 de même que les barres d'entra~lnement 79 doivent être faits en un materiau electriquement non-conducteur.
Comme on peut facilement le deduire à la lecture de la description ci-dessus des modes de realisation illustres sur les figures 4, 5 et 6, il est evident que l'inertie mecanique des contacts mobiles est très faible, ce qui conduit !,~.

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à une tres grande acceleration de ces contacts lorsqu'ils sont deplaces avec comme resuItat un temps d'ouverture extrêmement court. Cette faible inertie est tres importante a cause de la proximite de la bobine de soufflage de l'arc qui genere un champ magnétique Eort qui à son -tour produit un déplacement extrême-ment rapide des arcs et génere des tensions d'arc élevees.
Les contactsélectriques des moyens d'interruption de chaque chambre peuvent ainsi beaucoup mieux supporter les fortes tensions d'arc produites dans la chambre en question grâce a l'aide fournie par l'air ou le gaz aspiré depuis l'extérieur lors du déplacement de l'arc.
Les grands avantages de l'interrupteur modulaire du type précédemment décrit sont qu'il réduit le temps mis par la tension d'arc pour atteindre son sommet et par conséquent ~u'il fournit une interruption de courant plus rapide. Le temps d'interruption du courant peut être en fait de beaucoup inferieur a une milliseconde, ce qui rend l'inter-rupteur modulaire selon l'invention utilisable pour une multitude d'applications. On peut ainsi, par exemple, l'utillser comme interrupteur de courant alternatif, limiteur de courant altexnatif ou interrupteur de courant continu.
En se réferant à nouveau a l'illustration schéma-tique donnée sur la figure 2l on peut constater que lorsque les contacts sont fermés, l'impédance de l'ensemble de l'in-terrupteur est egale a celle de la bobine de soufflage.
Cette impedance pourrait devenir importante si plusieurs modules etaient montes en serie, et ceci pourrait amener un inconvenient dans certaines applications ou du courant circule de façon presque continu dans l'interrupteur. Dans un tel cas, une variante de l'invention consiste à connecter l'interrupteur modulaire en parallèle avec sa bobine de soufflage de facon a ce que cette dernière soit montee en shunt lorsque les contacts de l'interrupteur sont fermes.
Un tel mode de realisation est illustre sur la figure 7 ou cinq modules identiques sont utilisés et opérés par le même dispo-sitif d'entralnement, et où la bobine est montee en shunt sur le module du centre. Sur cette figure la bobine a ses deux extrémités connectees électriquement aux plaques de métal extérieures 75. Lorsque les contacts sont ouverts, la tension d'arc dans les chambres parallèles du module cen-tral force~
le couran-t dans la bobine de soufflage de façon à produire le 10 champ magné-tique requis. Dans cette variante de réalisation illustrée sur la figure 7, les modules d'interruption n'on-t que l'impédance de leurs contacts lorsque ces contacts sont J
fermés. En fait, la bobine de soufflage 37 ne transporte le courant que pour une très courte période de l'ordre d'une milliseconde entre le moment où les contacts se séparent jusqu'au moment ou le courant est interrompu. Il en résulte que la bobine de soufflage 37 peut être faite en un fil très mince et peut être très compacte puisque le courant n'y circule pas de façon permanente et qu'aucune perte d'énergie ne se 20 produit.
Une autre variante de réalisation de l'invention est illustrée sur la figure 8. Selon cette variante, l'in-terrupteur est utilisé en combinaison avec une grosse bobine de soufflage conçue de façon a pouvoir supporter un passage de courant permanent ou pour une période de temps longue et pour ainsi rendre l'interrupteur utilisable comme limiteur de courant sur un circui-t de courant alternatif. Tel qu'illustré
sur la figure 8, un tel limiteur de courant comprend un grand nombre de modules montés en série e-t dont les plaques 30 extérieures 75 des modules d'extrémité sont reliees electri-quement aux extrémités d'une bobine limita-tive 37 agissant également comme bobine de soufflage pour l'interrupteur.

~ 15 -' .

Lorsque les contacts du circuit d'interruption sont fermes, l'impedance de l'appareil est nulle et ce dernier peut donc être monte en serie sur n'importe quel circuit de courant alternatif. Si un court-circuitse produi-t, les circuits de contact peuvent rapidement s'ouvrir et le courant s'interrompt pendant environ une milliseconde pour ne plus circuler que dans la bobine limitative 37. Cette dernière peut être choisie de façon a ce que son impedance limite l'intensite du courant 'de court-circuit a n'importe quelle valeur desiree. ~n tel 10 limiteur de courant à action rapide est extrêmement interes-sant dans un sys-teme d'alimentation electrique puisqu'il limi-te l'augmentation de courant a des valeurs beaucoup plus petites 9 que les valeurs de court-circuit prevues avec les interrupteurs de type conventionnel avec, comme resultat une diminution des contraintes que doivent supporter les equipements du systeme d'alimentation.
Pour resumer, l'interrupteur de courant alternatif construit selon l'invention a l'avantage d'amener le courant a 0 dans une fourchette de temps extrêmement courte de l'ordre 20 d'une milliseconde ou moins contrairement aux interrupteurs de circuit de type conventionnel ou le temps d'interruptlon est de l'ordre de dizaines de milliseconde tel que precedemment indique. Tel gue precedemment indique egalement, ce temps d'interruption plus court reduit de façon tres substantielle l'erosion des contacts par les arcs electriques. De plus, puisque les courants de court-circui-t dans les systèmes d'alimenta-tion ou de t,ransport demandent jusqu'a un demi cycle, soit 8 millisecondes pour atteindre leur valeur maximale dans le cas d'un de~aut, un interrupteur a ac-tion rapide 30 tel que celui propose dans le cas de la presente invention peut etre utilise pour limiter l'evolution et la valeur crête du courant en agissant comme un limiteur de courant.

- ~4~5 De plus, cet interrupteur qui perme-t d'amener rapidement le courant à 0, peut être utilise comme interrupteur de courant continu sous forte tension.
D'autres modifications peuvent être apportees a la presen-te invention, tel le fait d'utiliser des tuyeres a gaz sous pression a l'interieur despassages G de facon a souffler les arcs loin des contacts si ces derniers ont une tendance à coller pour des valeurs de courant elevees. Comme tou-t spe-cialis-te dans ce domaine pour~a facilement le comprendre, ce probleme du collage des arcs peut être reduit en utilisant des materiaux speciaux pour fabriquer les contacts.
De façon à ameliorer la rigidite dielectrique et la conductivite thermique, l'interrupteur peut egalement être utilise sous une pression ambiante superieure ou inferieure a la pression atmospherique, en utilisant n'importe quel gaz isolant approprie tel que SF6.
L'interrupteur modulaire selon l'invention trouve une autre application interessante dans le domaine des travaux a effectuer sur les lignes de transpor-t d'energie. Lorsque de tels travaux sont effec-tues, la procedure habituelle consiste a isoler une portion de la ligne de transport de la source d'energie puis a mettre a la terre les extremites de cette portion isolee de la ligne de transport sur laquelle les travaux doivent être effectuee. La mise a la terre est habituellement effectuee au moyen de barres isolees pourvues a une extrémité d'un méchanisme de connextion auquel est fixe un fil conducteur de mise a la terre. Ce fil conducteur, comme son nom l'indique, amene à la terre -tou-t courant induit dans la portion de la ligne de transport par les lignes de transport parallèles qui sont toujours en operation.
Lorsque le Eil conducteur de mise a la terre est enlevé, un arc électrique habituellement eclate entre la ' portion de ligne reparee et le mecanisme fixe a l'extremite de la barre. Cet arc qui est genere par le courant induit peut atteindre plusieurs mètres de lon~ avant de s'interrompre.
Cet arc, en plus du fait d'être extrêmement dangereux s'il tombe par inadvertance en un point proche du ou des reparateurs, produit souvent une detonation desagreable et constitue un reel danger pour les personnes et l'environnement.
Pour remedler à ce probleme, on peut utiliser un interrupteur selon l'invention qui, en etant extrêmement leger, peut etre facilement fixe à l'extremite de la barre et etre utilise pour interrompre de façon efficace des courants pouvant s'elever jusqu'à 400 amperes à des tensions égales ou superieures à 49kV.

Claims (12)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Un interrupteur modulaire à soufflage par champ magnétique et refroidissement par air, destiné à être monté
sur une ligne électrique, caractérisé en ce qu'il inclut au moins un module comprenant:
a) un corps généralement plat fait en un matériau électriquement non-conducteur et perméable à l'air, ledit corps étant divisé en une chambre d'arc supérieure et une chambre d'arc inférieure séparées l'une de l'autre par une paroi centrale;
b) un contact électrique fixe monté dans chacune.
des deux chambres, lesdits contacts fixes s'étendant à travers le corps du module jusqu'à deux des faces opposées de celui-ci;
c) un contact électrique double et mobile monté
sur un axe passant à travers la paroi centrale du corps, ledit contact double étant pourvu d'une barre de contact à chaque extrémité, chacune de ces barres de contact se trouvant dans l'une des deux chambres du module de façon à coopérer avec le contact fixe de cette même chambre;
d) un axe pivotant fait en un matériau non-conducteur passant à travers le corps du module et relié à l'axe de contact double pour pivoter ce dernier et ainsi déplacer les deux barres de contact simultanément de façon à venir établir un contact électrique entre les contacts fixes du module ou l'inverse pour laisser passer an interrompre le courant circulant dans la ligne électrique;
e) une bobine excitable par le courant circulant dans la ligne électrique et montée de façon à créer un champ magnétique suffisant pour souffler les arcs électriques se formant dans les chambres lorsque les barres de contact sont décollées des contacts fixes; et f) des moyens définissant un passage depuis l'exté-rieur du corps de chaque module vers les contacts fixes et mobile de ce même module pour qu'un gaz ambiant puisse être aspire à l'intérieur des chambres lorsque les arcs sont souf-flées et puisse ainsi venir refroidir lesdits contacts fixes et mobile.

2. Un interrupteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les contacts fixes et mobile forment ensemble, lorsqu'ils sont fermés, une ligne de courant et en ce que ladite bobine est montée en série sur ladite ligne de courant.

3. Un interrupteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les contacts fixes et mobile forment ensemble lorsqu'ils sont fermés, une ligne de courant et en ce que ladite bobine est montée parallèle sur cette ligne de courant.

4. Un interrupteur selon les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les contacts fixes sont disposés l'un au-dessus de l'autre à l'intérieur du corps du module pour ainsi créer une symétrie linéaire.

5. Un interrupteur selon les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les contacts fixes sont disposés de chaque côté du contact mobile de façon à créer une symétrie plane des deux surfaces opposées de la paroi centrale du corps.

6. Un interrupteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de modules, les-dits modules étant empilés les uns au-dessus des autres et comprenant chacun des plaques de métel non-magnétique montées sur chacune de leur face opposée et électriquement reliées au contacts fixes de façon à dissiper la chaleur, lesdits contacts dudit module formant, lorsqu'ils sont fermés, une ligne de courant, la bobine étant montée en parallèle sur cette ligne de courant de façon à ce que l'interrupteur puisse agir comme un limiteur de courant, et ledit axe pivotant reliant tous les contacts doubles de tous les modules ensemble de façon à pou-voir tous les opérer simultanément.

7. Un interrupteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un nombre impair de modules, lesdits modules étant empilés les uns au-dessus des autres et chacun comprenant des plaques de métal non-magnétique mon-tées sur chacune de leur face opposée et électriquement reliées aux contacts fixes pour dissiper la chaleur, lesdits contacts fixes et mobile des modules formant ensemble, lorsqu'il sont fermés, une ligne de courant; ladite bobine étant montée en parallèle sur le module central de l'empilement et ayant ses extrémités reliées aux plaques métalliques de dissipation de chaleur du module central.

8. Un interrupteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux modules, la bobine étant disposée entre les deux modules et électriquement raccordée en série par ses extrémités aux contacts fixes adjacents desdits modules, ledit axe pivotant reliant les contacts mobiles des deux modules de façon à les faire pivoter ensemble.

9. Un interrupteur selon les revendications 1, 6 ou 7, caractérisé en ce que ledit module est composé d'un disque intermédiaire généralement plat et de deux disques extérieurs montés sur le disque intermédiaire et fixés aux faces extérieures de celui-ci, les disques extérieurs comprenant sur leurs faces adjacentes au disque intermédiaire un renfon-cement de faible épaisseur et à fond plat, le disque inter-médiaire comprenant également sur ses deux faces extérieures un renfoncement de faible épaisseur à fond plat de forme et de dimension identiques à celles des renfoncements des disques extérieurs de façon à définir avec ces derniers lesdites chambres d'arc, chaque renfoncement comprenant en outre des parois définissent lesdits moyens de passage.

10. Un interrupteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit module est composé d'un disque intermédiaire généralement plat et de deux disques extérieurs montés sur le disque intermédiaire et fixés sur les faces extérieures de celui-ci, les disques extérieurs comprenant sur leurs faces adjacentes au disque intermédiaire un ren-foncement de faible épaisseur et à fond plat, le disque intermédiaire comprenant également sur ses deux faces exté-rieures un renfoncement de faible épaisseur et à fond plat de forme et de dimension identiques à celles des renfoncements des disques extérieurs de façon à définir avec ces derniers lesdites chambres d'arcs, chaque renfoncement comprenant en outre des parois définissant les moyens de passage.

11. Un interrupteur selon les revendications 1 et 7, caractérisé en ce que lesdites chambres à arc compren-nent chacune une paroi de dessus et une paroi de dessous espa-cées l'une de l'autre d'une distance au moins égale à l'é-paisseur des arcs qui se forment à l'intérieur.

12. Un interrupteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdites chambres à arc comprennent chacune une paroi de dessus et une paroi de dessous espacées l'une de l'autre d'une distance au moins égale à l'épaisseur des arcs qui se forment à l'intérieur.