Disjoncteur à bain de liquide. La présente invention se rapporte à un disjoncteur à bain de liquide avec extinction d'arcs dans celui-ci. Elle a pour but de créer la formation d'un gaz, sur le chemin de l'arc établi dans ce disjoncteur, en vue de désioni- ser les portions porte-courant de l'espace par couru par l'arc.
On a démontré par expérience que les fac teurs les plus importants dans l'interruption d'arcs de courant alternatif sont, première ment, le degré d'accroissement du voltage de reprise suivant immédiatement un courant zéro dans l'onde périodique et, deuxième ment, le degré de désionisation des gaz entre les membres de contact formant points de prise de l'arc après le point zéro du courant.
Le degré d'accroissement du voltage de reprise ou de récupération peut être quelque peu réglé, en employant des résistances ou des condensateurs en combinaison avec le dis joncteur, tandis que la recombinaison d'ions dans l'espace parcouru par l'arc dépend entiè- renient de la construction des moyens d'in terruption même du disjoncteur.
Des arcs de courant alternatif établis dans de l'huile, ou en présence d'autres liquides convenables, sont éteints dans un laps de temps plus court que les arcs de même cou rant au même potentiel, établis en l'absence de ces liquides.
C'est pour cette raison que le disjoncteur suivant l'invention comporte des moyens re tenant le liquide à proximité immédiate du chemin de l'arc, pour donner naissance, quand l'arc est tiré, à la formation de bulles de gaz au sein de celui-ci par le fait d'une décompo sition d'une partie de ce liquide, ce gaz con tribuant à l'extinction rapide de l'arc, les moyens de retenue du liquide étant disposés de façon à permettre au gaz provoqué par L'arc de s'échapper latéralement à partir desdits moyens de retenue du liquide.
En effet, l'é volution continuelle de gaz dans une mesure élevée fait passer ce gaz de façon turbulente dans l'espace parcouru par l'arc, pour former des centres relativement froids dans lesquels les ions, provenant des portions porte-courant de l'espace parcouru par l'arc, se diffusent et se recombinent.
Ce passage des ions à partir des portions chaudes de l'espace parcouru par l'arc fortement ionisées, dans les gaz non- ionisés, relativement froids, émanant de façon turbulente du liquide en décomposition, se continue pendant la période d'extinction de l'arc et oblige l'espace parcouru par l'arc à reprendre ou récupérer une puissance diélec trique, plus rapidement que si ce jet de gaz non-ionisé, provenant des parois des bulles de gaz, n'existait pas. .
On peut alors admettre que, pour augmen ter la tendance des gaz à éteindre l'arc, le de gré de génération de gaz par décomposition du liquide devra être augmenté, et que ce gaz devra être amené à passer de façon turbulente à travers le chemin parcouru par l'arc.
C'est précisément cet effet qui est obtenu par les moyens de retenue du liquide à proxi mité immédiate du chemin de l'arc, tels que signalés plus haut. En effet, grâce à. ces moyens, des gaz frais désionisants sont déli vrés en plus grande quantité, pour passer à travers l'âme de l'arc.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'ob jet de l'invention, ainsi que des variantes de détails.
La fig. 1 est une coupe de la première forme d'exécution du disjoncteur à bain de li quide; La fig. la est la deuxième forme d'exé cution; La fig. 2 est une coupe verticale, à échelle plus grande, d'un fragment du disjoncteur re présenté à. la fig. la; La fig. 3 montre une variante des moyens d'extinction d'arc;
La fig. 4 est une coupe transversale sui vant la ligne IV-IV de la fie. !3.; La fig. 5 est une coupe verticale d'une unité des moyens d'extinction d'arc similaires à ceux représentés à la fig. 3; La fig. 6 est une coupe verticale d'une portion d'une variante; La fig. 7 est une vue en plan correspon dant -à la fig. 6;
La fig. 8 montre des sections d'un arc tra versant une partie des moyens d'extinction d'arc, ainsi que le parcours des gaz désioni- sants dans le chemin de l'arc.
Le disjoncteur représenté à la fig. 1 com prend une boîte-enveloppe 1, contenant un li quide d'extinction d'arc 2 et supportant un couvercle 3 qui y est fixé au moyen de vis 4. Dans le couvercle 3 sont montées, de manière connue, des douilles d'entrée de conducteur 5 et 6, la portion de celles-ci immergée dans le liquide 2 supportant les membres de contact stationnaires 7 et 8, respectivement.
Une tige de soulèvement 9 traverse le couvercle 3 et est reliée, à l'extérieur de la boîte-enveloppe 1, à un mécanisme de commande (non repré senté), alors qu'elle supporte à. son extrémité opposée, à l'intérieur de la boîte-enveloppe, un membre conducteur 11 qui relie les mem bres de contact sationnaires 7 et 8 lorsque la tige 9 est amenée à sa position la plus éle vée.
Des dispositifs de désionisation 7a et 8a sont supportés, d'une manière décrite plus loin, par les membres de contact stationnai res 7 et 8 respectivement, et sont immergés dans le liquide 2. Ce liquide est, de préfé rence, une huile qui développe .facilement un gaz à, poids moléculaire bas, lorsqu'elle entre en contact avec un arc électrique, bien qu'il soit évident qu'un liquide quelconque ayant des propriétés diélectriques satisfaisantes, dé veloppant facilement des gaz en présence d'un arc électrique et possédant les qualités désionisantes désirées, peut être substitué a. l'huile.
Pour en revenir aux dispositifs de désio- nisation précités, les membres de contact 7 et 8 ont une plaque de support 12 ou 1.3, respec tivement, reliée aux membres de contact au moyen d'écrous 14. Les plaques 12 et 1,3 sup portent, par l'intermédiaire de boulons 15, plusieurs rondelles ou plaques 1.6 qui sont disposées à une petite distance les unes des autres, transversalement par rapport au che min. de l'arc électrique, entre les membres<B>dé</B> contact stationnaires 7 et 8 et le membre de liaison 11, lorsque celui-ci est dans sa posi tion la plus basse.
Les plaques 16 sont pourvues d'une ou verture centrale 17 et sont formées d'une ma tière poreuse ou fibreuse, telle que du carton Fuller. Ce carton absorbe le liquide d'extinc tion et le retient à disposition dans ses pores, dans le voisinage immédiat de l'arc électri que, après que les bulles de gaz qui se for ment en 18 se sont dilatées au delà de l'ou verture 17 des plaques.
Dans la disposition décrite des plaques à absorption de liquide, lorsqu'une formation de gaz est provoquée par l'arc, le liquide est chassé hors du chemin de l'arc par la grande bulle de gaz qui se forme en 18. Les plaques 16 sont supportées avec leur ouverture c;;n- trale 17 en alignement avec le chemin de l'arc, et lorsque la bulle de gaz est dilatée au delà des ouvertures 17-, l'arc s'engage avec les surfaces exposées des plaques 16.
La fig. la montre une deuxième forme d'exécution du disjoncteur qui se compose, en principe, des mêmes éléments. Les dispositifs de désionisation en conjonction avec les pôles de ce disjoncteur comprennent, chacun, un cer tain nombre de plaques isolantes 1.6 qui sont écartées l'une de l'autre d'une distance déter minée, au moyen de pièces d'écartement iso lantes 15a, telles que représentées à la fig. 2. Des boulons 15 traversent les pièces d'écar tement 15a et les plaques 16 pour maintenir le tout rigide, les dispositifs d'extinction ainsi formés étant suspendus aux membres de contact stationnaires 7 et 8 du disjoncteur.
Une ouverture 17 est prévue au centre de cha cune des plaques 16, ces ouvertures étant ali gnées dans le dispositif, pour permettre aux branches 11a, 11b du membre de liaison 11 d'y passer librement lorsque ce dernier est actionné pour ouvrir ou fermer le circuit.
Lorsqu'un arc est établi dans le liquide d'extinction, ce dernier sera décomposé par la chaleur de l'arc et une bulle de gaz se-for- mers autour du courant de l'arc et empêchera la plus grande portion de l'âme de l'arc d'en trer en contact avec le liquide. La seule por tion de l'arc qui s'engage continuellement avec le liquide est la portion qui heurte le membre de contact mobile et qui est tirée dans le liquide lorsque la pièce de liaison 11 est déplacée. Le gaz développé lors de la dé composition de l'huile se dirigera de façon turbulente dans le chemin de l'arc et se mé langeant avec des portions fortement ionisées qui transportent le courant, retirera des ions, grâce .à la diffusion des parties ionisées dans les parties plus froides non-ionisées du gaz, qui ont justement été introduites dans l'es pace de l'arc.
Dans des dispositifs d'extinction employé jusqu'à présent, l'accumulation rapide de gaz à proximité de l'arc avait pour effet que les bulles de gaz étaient rapidement amenées à l'extérieur de l'arc à une position dans la quelle le liquide se décompose beaucoup plus lentement, et ce gaz, étant réparti sur une grande section, était moins efficace au point de vue de la désionisation des portions porte- courant de l'arc.
Les plaques 1,6, employées dans les dispo sitifs représentés, ont pour but d'augmenter le nombre de points de contact de l'arc avec le liquide. Le liquide retenu par les plaques 1.6 sera décomposé par l'arc et des gaz frais seront continuellement développés et passe ront de façon turbulente à, travers les por tions porte-courant ionisées de la bulle.
En retenant en tout temps le liquide en contact intime avec l'arc, l'évolution de gaz est accélérée et son mélange avec le gaz ionisé antérieurement est rendu plus parfait et plus intime. Par conséquent, au moment du cou rant zéro, il y aura une désionisation très ra pide des portions ionisées du chemin de l'arc, grâce au passage des ions dans les gaz non- ionisés froids intermélangés. Il résulte de cette désionisation rapide du chemin porte courant que l'arc ne reprendra pas.
Il est évident que, si le diamètre de l'ou- verture 17 des plaques 16 est trop grand, la couche de liquide y adhérente sera .à une telle distance de l'âme de l'arc que ce dernier aura un très petit contact avec le liquide et, par conséquent, la production de gaz désioni- sant sera nulle ou presque nulle. De nom breux essais avec des courants s'élevant jus qu'à. 3000 ampères ont montré que le diamè tre desdites ouvertures devrait être inférieur à 22: millimètres.
Des ouvertures de diamètre plus grand donnaient de mauvais résultats et confirmaient l'opinion que la couche de li quide adhérente à la paroi des ouvertures était trop éloignée du chemin de l'arc pour être rapidement décomposée par l'arc.
Les petites ouvertures servant à limiter l'expansion de l'arc doivent, dans ce but, avoir une aire qui est égale ou inférieure à l'aire de section transversale de l'âme de l'arc. Quand l'arc est ainsi confiné, le voltage de l'arc aug mente avec l'accroissement de courant, at tendu que l'arc n'est pas capable de s'étendre à. l'endroit de confinement, et, par consé quent, la densité de courant augmente aussi. La concentration du courant augmente le de gré de décomposition du liquide qui est amené radialement dans l'âme de l'arc, par chaque plaque, autour de la périphérie en tière de l'arc.
Afin d'empêcher toute augmentation de la grandeur des ouvertures 17 dans les pla ques 1,6, en présence du courant d'arc concen tré, il a été nécessaire d'employer, pour la construction des plaques, une matière qui ne soit pas du tout ou seulement légèrement af fectée par l'arc. Un composé d'amiante moulé donne des résultats satisfaisants, mais des plaques en matière connue sous le nom de "fibre" ont été reconnues les meilleures à cet égard. La matière mentionnée en dernier lieu n'est que légèrement érodée par l'arc, cette érosion étant favorable pour empêcher la for mation d'un dépôt métallique sur les parois des ouvertures 17.
Cette matière s'est en ou tre montrée avantageuse, au point de vue de l'alimentation de gaz non-ionisé additionnel dans le chemin de l'arc, quand la matière était décomposée par l'arc. Ce gaz addition- nel effectue en effet la même désionisation du chemin de l'arc que celle produite par les gaz du liquide décomposé, la combinaison de ces deux actions augmentant le degré de re combinaison des ions dans le chemin de l'arc.
Le dispositif de désionisation montré aux fig. 3 et 4 comprend plusieurs groupes de plaques 18 qui se composent chacun de deux plaques ou plus, en matière isolante telle que celle précitée. Ces groupes de plaques sont séparés l'un de l'autre au moyen de pièces d'écartement 15c qui sont montées sur les boulons 15b pour former un ensemble de dé- si.onisation. Chacun des groupes de plaques 18 est pourvu d'une ouverture centrale 17a, qui est d'un diamètre inférieur à 22 millimètres et sert au passage de la branche correspon dante 11a du membre de liaison 11 du dis joncteur.
La surface des parois des ouvertures dans les groupes de plaques 18 est beaucoup plus grande que la surface des ouvertures dans les plaques simples et, par conséquent, de plus grands volumes de gaz non-ionisés seront li bérés par ces groupes de plaques, grâce @à la plus grande quantité d'huile adhérant aux parois des ouvertures. Comme le degré de dé- sionisation de l'arc est augmenté par un ac croissement de la quantité de gaz non-ionisé qui est continuellement amené dans le cou rant de l'arc, les groupes de plaques ont un avantage marqué sur les simples plaques 16.
La fig. 5 montre un groupe de plaques dont la plaque médiane 20 présente une ou verture centrale 211, de diamètre plus grand que le diamètre des ouvertures 22 dans les plaques extérieures 2,3 et 24. L'ouverture 2'1 de la plaque 20 forme une poche dans le groupe de plaques, dans laquelle le liquide d'extinction est retenu à disposition pour être amené dans le chemin de l'arc lorsqu'un arc est établi à travers plusieurs groupes de pla ques contenant des poches 21.
Comme on l'a fait remarquer ci-dessus, les gaz ionisés chauds sont repoussés, hors du chemin de l'arc, dans les espaces 19 (fig. '3), entre les groupes de plaques 1<B>8</B>, par les gaz frais qui sont continuellement amenés dans le chemin<B>de</B> l'arc. Pour refroidir et désioniser plus efficacement ces gaz, plusieurs cloisons verticales 2,5 sont disposées radialement dans l'espace 19 autour des ouvertures 22, entre deux groupes de plaques adjacents, comme montré aux fig. 6 et 7. Lorsque les gaz sont refoulés à travers l'espace 19, ils sont divisés en plusieurs sections par les cloisons 25 qui refroidissent les gaz, ce qui les amène, par conséquent, à se recombiner sur les surfaces des cloisons.
Les cloisons 25 sont en outre utiles en ce sens qu'elles s'opposent à l'échap pement d'huile depuis le chemin de l'arc, des parties d'huile étant retenues à proximité im médiate du chemin de l'arc pour iêtre décom posées par l'arc, tandis que d'autres portions contribueront au refroidissement des gaz qui s'échappent.
Le mouvement précité des gaz dans l'arc et hors de l'arc est représenté à la fig. 8, dans laquelle les lignes courbes 26 désignent le chemin de parcours des diverses particules des gaz développés par la décomposition de l'huile. On remarquera par la direction des li gnes et de leurs flèches que les gaz, non seu lement entrent et sortent du chemin de l'arc à des intervalles répartis sur toute la lon gueur de l'arc, mais que ce passage du gaz a lieu radialement le long de la périphérie en tière de l'arc. C'est-à-dire que le gaz est amené radialement à. l'âme de l'arc, depuis chaque point de la totalité de sa circonfé rence.
Le gaz s'échappe du chemin de l'arc par l'espace compris entre les éléments ou groupes de plaques de retenue du liquide.