Dispositif d'interruption de courant électrique à élément sensible à des effets thermiques. La présente invention se rapporte à. un dispositif d'interruption de courant électri que à élément sensible à des effets thermi ques, tel que par exemple un fusible explo sif à. voltage élevé, qui se caractérise par des moyens de chauffage comprenant un corps conducteur en une matière de résistance non métallique qui est raccordé à l'élément sen sible à des effets thermiques par une jonc tion conductrice au point de vue thermique.
Un champ d'application de l'invention est en rapport avec les fusibles de transforma teurs de tension à voltage élevé, utilisant de l'acide borique comme source de gaz d'ex tinction.
Dans des fusibles de ce genre, un court organe de liaison fusible est relié à l'extré mité inférieure d'une tige, l'autre extrémité de cette tige étant fixée à un piston en ma tière conductrice, qui est logé à. l'intérieur d'un tube isolant et qui est sollicité vers le haut par un ressort à boudin. Un conduc teur flexible de dérivation disposé à l'inté rieur du ressort à boudin, complète le cir cuit électrique allant au contact stationnaire. Après fusion de l'organe de liaison, la tige se déplace vers le haut sous l'influence du ressort à boudin et donne lieu à un arc à l'intérieur d'une chambre garnie par exem ple avec de l'acide borique.
L'acide borique étant décomposé, la vapeur produite qui s'é chappe vers l'extérieur et qui se trouve pour ainsi dire toute à l'état surchauffé, éteint ledit arc.
Le fusible est rétabli à l'état de fonction nement dans lequel il est capable d'une nou velle opération d'interruption du circuit, par suite de l'enlèvement et du remplacement de l'élément de rechange -qui comprend la gar niture en acide borique pour le passage de l'arc, la tige mobile et les parties d'assem blage du fusible. Il résulte, de ce qu'on vient de dire", que cette opération consiste en le remplacement de toutes les parties qui sont soumises à l'action de l'arc, de façon à remettre le dispositif à l'état de bon fonc tionnement.
L'élément fusible employé dans ce genre d'interrupteur est soumis à des conditions d'opération très précises. Pour assurer un bon fonctionnement du fusible, il est néces saire que la tige mobile soit déplacée à une vitesse relativement rapide, ce qui nécessite l'emploi d'un ressort d'actionnement relati vement puissant. La force complète de ce ressort doit être équilibrée par l'organe de liaison lui-même et en même temps, ce der nier doit être capable de fondre lorsqu'un courant relativement bas y passe.
Cette der nière condition est particulièrement impor tante dans des circuits tels que par exemple des circuits de transformateurs de tension dans lesquels le courant maximum ordinai rement en jeu ne dépasse pas un demi- ampère. Par conséquent, l'organe de liaison fusible doit avoir une résistance mécanique considérable, il doit être capable de donner lieu à l'interruption de circuit lorsqu'il est parcouru par un courant d'une intensité re lativement basse et en même temps, il doit avoir des dimensions physiques de grandeur suffisante pour empêcher tout endommage ment à celui-ci qui peut être provoqué par l'effet de corona.
Jusqu'à présent il n'existait pas de moyens satisfaisants pour remplir ces con ditions et, par conséquent, il était impossi ble d'obtenir un fusible à haut voltage satis faisant pour l'emploi dans des circuits ayant un courant de ligne normal de moins de cinq ampères. Le dispositif suivant l'invention permet de remplir toutes ces conditions, peut fonctionner d'une manière satisfaisante, lors qu'il s'agit par exemple d'un fusible à haut voltage, pour des courants de surcharge ayant une valeur aussi basse qu'un dixième d'ampère, ce fonctionnement satisfaisant étant rendu possible par les moyens qui sont em ployés pour donner lieu à la fusion de l'or gane de liaison qui retient la tige mobile dans la position de fermeture du circuit n. l'encontre de l'action du ressort.
Le dessin annexé représente, à. titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'ob jet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe verticale d'un fusible à effet d'expulsion; La fig. 2 est une coupe verticale, à échelle plus grande, d'un élément de re change pour le fusible suivant la fig. 1; La fig. 3 est une coupe de la partie in férieure d'une variante de construction de l'élément suivant la fig. 2 ; Les fig. 4 et 5 sont des vues de bout de l'élément suivant la fig. 2;
La fig. 6 montre l'ensemble de certaines parties de l'élément suivant la fig. 9, et Les fig. 7, 8 et 9 montrent des détails de moyens de chauffage employés dans l'élé ment suivant la fig. 2.
Le fusible à effet d'expulsion représenté à la fig. 1 comprend un tube cylindrique en fibre 1 ayant une paroi relativement épaisse et des extrémités à filetage extérieur 3 et 5, et deux bornes tubulaires 7 et 9 en matière conductrice ayant des parties à filetage in térieur 11 et 13, respectivement, qui sont vissées sur les extrémités filetées 3 et 5 du tube 1. La surface extérieure de chacune des bornes 7 et 9, qui affectent une forme sen siblement cylindrique est destinée à s'enga ger avec des mâchoires de contact non-repré- sentées. La borne supérieure 7 est pourvue d'une deuxième partie à filetage extérieur 15, dans laquelle est vissé un organe annu laire 17 destiné à supporter une extrémité d'un ressort de commande 19.
L'extrémité supérieure du fusible 1 est fermée au moyen d'un chapeau 21 ayant une partie à filetage interne 23 qui est vissée sur une partie cor respondante à filetage externe 25 d'un or gane de support 27 du ressort de com mande 19.
Les parties actives du fusible com prennent le ressort 19 dont une extrémité s'engage avec une portion filetée 29 du sup- port supérieur<B>'27,</B> le conducteur de dériva tion flexible 31 disposé à l'intérieur du res sort 19 et relié électriquement au support supérieur \? 7 et au piston 33 au moyen de vis 35, et l'élément de rechange 37 qui s'en gage avec le piston 33. L'extrémité infé rieure du ressort de commande 19 s'engage avec une portion filetée 39 du piston 33, de sensiblement la même manière que l'extré mité supérieure du ressort 19 s'engage avec le support 27.
L'élément de rechange 37 est montré en détail à la fig. 2. Il comprend un tube en fibre 41 dont la paroi a une résistance mé canique considérable et dont l'extrémité in férieure 42 présente un filetage externe sur lequel est vissée une virole en métal à file tage interne 44. Le tube en fibre 41 est bourré sur la majeure partie de sa longueur, d'une matière de garniture en forme de cy lindre 43 qui consiste par exemple en acide borique comprimé. La matière de garniture 43 présente un passage cylindrique central 45 par lequel passe une tige ou piston 47 et un passage additionnel 49 dont la section transversale est plus petite que celle du pas sage central 45.
Un bouchon en fibre à filetage extérieur 51 ayant un évidement 53 est vissé dans l'ex trémité supérieure du tube 41 de façon à venir s'engager avec la matière de garniture 1:3. L'extrémité inférieure du passage cen tral 45 se termine sous forme d'un entonnoir 55 dont la portion inférieure est constituée par une pièce creuse en fibre 57, attendu qu'il est désirable de prévoir une matière ayant une résistance mécanique plus grande que l'acide borique pour garnir les portions du passage pour l'arc où l'épaisseur de la paroi formée par la. matière de garniture de vient plus petite. La virole 44 a une portion filetée 59 venant s'engager avec l'extrémité filetée 42 du tube en fibre 41 et est pourvue d'un épaulement annulaire 61 venant s'en gager avec l'extrémité de la pièce creuse 57.
L'ouverture centrale de la. virole 44 forme un prolongement du passage central 45 et de l'entonnoir 55. La tige cylindrique 47 est faite de pré férence en cuivre, l'extrémité inférieure de celle-ci présente une fente 65 dans laquelle vient s'engager une bande fusible plate 67, un rivet en métal mou 69 servant à la fixa tion rigide de la bande fusible 67 à la tige 47. L'autre extrémité de la bande fusible 67 est fixée par voie de soudage dans une fente 73 prévue dans un rivet en cuivre 71 qui est établi pour s'engager avec un disque 75 de façon à retenir la tige 47 tendant à se dé placer sous l'influence du ressort 19. Le dis que 75 bute à son tour contre l'épaulement annulaire 61 prévu dans la virole 44.
L'extrémité supérieure 77 de la tige 47 est filetée pour s'engager avec le piston 33. et est pourvue d'une goupille d'ajustement 79 s'étendant à travers elle sous un angle sensiblement droit par rapport à l'axe longi tudinal de la tige 47. Cette goupille 79 coo père, comme il est montré en particulier aux fig. 2 et 4, avec deux fentes opposées dia métralement 81 prévues dans la partie de sommet du tube en fibre 41 de l'élément de rechange, afin d'empêcher la rotation de la tige par rapport aux autres parties de cet élément pendant l'opération de remplacement.
Dans les deux formes d'exécution repré sentées de l'élément de rechange, un conduc teur 83 dont la section transversale est un peu plus petite que celle du passage addi tionnel 49 à travers la matière de garniture 43 est fixé fermement à l'extrémité supé rieure de la tige 47 et s'étend vers le bas à travers le passage 49 où il s'engage avec un conducteur similaire 85 de façon à pouvoir glisser par rapport à ce dernier qui s'étend vers le haut à travers environ un tiers du passage 49. L'extrémité inférieure du con ducteur 85 est retenue en position à l'inté rieur d'un évidement 87 prévu dans l'enton noir<B>57.</B>
Le disque de retenue 75 qui sert à re tenir la tige 47 à l'encontre de l'action du ressort 19 est représenté en détail aux fig. 7, 8 et 9. Ce disque 75 est construit en une matière de résistance non-métallique, telle que par exemple le charbon ou le carborun- dum, et il est pourvu d'une ouverture cen trale 89 par laquelle passe la portion de tige du rivet 71, des rondelles 91 et 93 étant fixées de part et d'autre sur le disque 75 par voie de soudage électrique. La rondelle extérieure 91 est disposée pour s'engager avec l'épaulement annulaire 61 de la virole 44 de façon à établir un bon contact électri que entre le disque 75 et la virole 44, tan dis que la rondelle intérieure 93 est dis posée pour s'engager avec le rivet 71 rete nant la tige 47.
Le disque 75 est employé pour transmettre de la chaleur au rivet 71 de façon à provoquer la fusion de la bande fusible 67 qui est soudée dans la fente 73 du rivet 71. Cette mesure est particulière ment avantageuse pour l'emploi du fusible dans des circuits à courants de faible inten sité attendu que le disque lui-même possède une résistance naturelle considérable s'oppo sant au passage d'un courant électrique; elle permet l'étalonnage très précis du dispositif.
De préférence, un alliage de plomb et de bismuth dont les proportions sont sensible ment les mêmes que celles des alliages eutec- tiques de ces métaux, est employé comme matière constitutive de la bande fusible<B>67.</B> Ces alliages ont des points de fusion très précisément déterminés, qui se trouvent dans le voisinage de 80 à 120 C, et permettent l'étalonnage très exact de l'élément sensible à des effets thermiques.
Dans la variante représentée à la fig. 3, le disque à résistance électrique est shunté par un deuxième élément fusible 95 soudé par une extrémité à la virole 44 et par l'au tre extrémité au rivet 71. Grâce à cette me sure, on réalise un moyen de chauffage à chemin de courant parallèle, qui devient ac tif lors de conditions prédéterminées pour changer la division normale du courant entre les deux chemins parallèles de façon à pro duire un effet de chauffage considérable ment augmenté. Une telle mesure convient particulièrement bien pour l'emploi en con jonction avec des circuits à courants élevés dans lesquels les problèmes de grandes for- ces de commande et de l'effet de corona de viennent particulièrement sérieux.
Le disque 75 est disposé pour fermer l'ex trémité de chaque genre d'élément de re change et comme l'ouverture 63 dans la vi role 44 a sensiblement le même diamètre que le disque 75, il n'offre pas de résistance au gaz d'extinction d'arc s'échappant vers l'ex térieur pendant le fonctionnement du dis positif, le disque étant retenu en position par le même élément fusible qui produit l'interruption du circuit.
' A la fig. 1, le fusible est montré dans la position de fermeture du circuit et comme on peut le voir, le ressort 19 est tendu de façon à solliciter le piston 33 vers la borne supérieure 7. La force du ressort est trans mise par l'intermédiaire de la tige 47 à l'élé ment fusible 67. Lors d'un courant de sur charge dans le circuit d'une intensité suffi samment grande et de durée suffisamment longue pour que la chaleur générée dans le disque 75 et transmise à l'élément fusible 67 au moyen du rivet de retenue 71 donne lien à la fusion de cet élément, l'extrémité infé rieure de la tige 47 est relâchée et cette der nière est amenée à se déplacer vers le haut dans le passage central 45 sous l'action du ressort 19.
Un arc est immédiatement pro duit entre l'extrémité inférieure de la tige 4 7 et la virole 44. Cet arc entrera pratique ment instantanément en contact avec la par tie inférieure du conducteur 85 de façon à relier les conducteurs 83 et 85 logés dans le passage 49 en parallèle avec l'arc. Si l'inten sité du courant à interrompre est petite, il en résultera une extinction immédiate de l'arc dans le passage central 45 au premier pas sage par zéro et tout le courant passe alors par les conducteurs 83 et 85. La continua tion du déplacement de la tige 47 vers le haut a pour effet la séparation des deux eon- ducteurs 83 et 85 qui sont en relation de g<B>(Y</B> lissement l'un par rapport à l'autre, un deuxième arc se produisant, par conséquent.
à l'intérieur du passage d'extinction plus petit 49. Ce passage convient particulière ment bien à l'extinction de petits arcs, et la vapeur d'eau surchauffée s'échappant vers l'extérieur produit un refroidissement et l'extinction rapide de l'arc.
Si l'intensité du courant de l'arc est grande, celle-ci donnera lieu à la fusion im médiate des conducteurs 83 et 85 à l'inté rieur du passage 49, et l'arc persistera à l'in térieur du passage 45, bien que l'opération d'extinction soit sensiblement la même. La elialeur de l'arc amène l'acide borique 43 à produire de la. vapeur surchauffée qui s'é chappe vers l'extérieur le long de l'arc et par l'entonnoir 55, l'ouverture 63 prévue dans la virole 44 et le prolongement de cette ouver- lure dans la portion inférieure de la borne 9 et la pièce creuse cylindrique 97.
Le dis que 75 est chassé immédiatement vers l'ex térieur par l'extrémité inférieure du tube de fusible par suite de l'établissement de toute pression de gaz appréciable à l'intérieur du dispositif.
Grâce aux deux passages à arc et aux moyens pour établir un arc dans les deux passages, un fonctionnement satisfaisant est assuré pour de grandes limites de courants. Cet avantage résulte du fait qu'un dévelop pement suffisamment grand de gaz d'extinc tion d'arc à partir de l'acide borique se pro duit seulement lorsque l'arc est amené en contact intime avec la surface des passages 45 et 49. Donc, si un arc à faible courant était. établi dans le plus grand des deux dits passages, il persisterait probablement pen dant une période de temps indéfinie, en rai son du fait qu'une quantité insuffisante de gaz est produite pour effectuer l'extinction.
D'autre part, bien que l'interruption satis faisante d'arcs à faible courant soit. assurée à l'intérieur du passage plus petit, il est im possible d'assurer une interruption satisfai sante d'arcs à courant élevé dans un passage pareil, en raison du fait que ce passage plus petit n'a pas une section transversale suffi samment grande pour permettre à tous les gaz générés de s'échapper sans donner lieu à l'établissement d'une pression à l'intérieur de ce passage qui provoquerait l'endommage ment du dispositif.
Le fonctionnement du fusible représenté à la. fig. 3 est sensiblement le même que celui du fusible représenté à la fig. 2, sauf que la première action lors de l'opération d'inter ruption de circuit est la fusion de l'organe de liaison 95 qui est relié en parallèle avec le disque de chauffage 75. La fusion de cet organe a pour effet que sensiblement tout le courant traversant le fusible est amené à passer par le disque 75, de façon à augmen ter grandement l'effet de chauffage interne produit dans celui-ci.
Cette chaleur addi tionnelle est transmise pratiquement immé diatement à l'élément fusible 67 par le rivet 71 et donne lieu à la fusion de l'organe de jonction disposé entre ce dernier et l'élément fusible lui-même, de façon à permettre au ressort 19 de déplacer la tige à sa position d'ouverture du circuit.
Après chaque opération d'interruption du fusible, il est nécessaire de remettre le dis positif en état de fonctionnement. Ceci est accompli en remplaçant l'élément de re change 37 de façon à renouveler toutes les parties du fusible qui viennent en contact avec l'arc et qui par cela, peuvent être en dommagées. L'élément de rechange 37 est, toutefois, relativement bon marché, grâce à sa construction simple, et permet de remettre le fusible en état de fonctionnement corres pondant à celui d'un fusible neuf tout en maintenant les frais beaucoup plus bas qu'il n'était possible jusqu'à présent avec les dis positifs connus de ce genre.
Dans la position d'ouverture du circuit, la tige 47 a été déplacée par le ressort lia dans une mesure suffisante pour retirer l'ex trémité inférieure de la tige jusqu'au som met du passage central 45. La première manipulation lors de l'insertion d'un nouvel élément de rechange est le dévissage de l'or gane de retenue annulaire fileté 97 qui s'en gage avec la portion filetée 96 de la borne inférieure 9. Le tube en fibre 41 qui consti tue le corps de l'élément de rechange 37 et la virole 44 y fixée sont alors libres de tom ber pour ne laisser que la tige 47 à l'inté rieur du tube 1.
Pour enlever la tie et in- :c sérer le nouvel élément de rechange, le cha peau 21 sur la borne 7 est dévissé, le mou vement du support supérieur 27 étant em pêché par la goupille 99 qui s'engage dans une fente non-représentée de l'organe annu laire 17. Le support supérieur 27, le ressort de commande 19, le piston 33 et la tige 47 sont alors libres de tomber par l'extrémité inférieure du tube.
La manipulation suivante est le dévissage de la tige 47 du piston. Un nouvel élément de rechange 37 est vissé dans le piston 33, la goupille 7 9 empêchant la rotation de la tige 47 par rapport au corps de l'élément de rechange. L'élément de rechange relié à la partie coopérante et l'ensemble comprenant la tige sont ensuite inséré dans l'extrémité du tube 1 et la pièce de retenue cylindrique 97 est vissée de façon à serrer la virole 44 de l'élément de rechange 37 contre l'épaule ment annulaire coopérant de la borne infé rieure 9.
Pour armer le ressort 19, il est nécessaire d'insérer un organe s'engageant avec le support \? 7 dans le fusible à travers l'ouverture dans la portion annulaire supé rieure 17, l'organe le plus simple à cet effet étant une tige ayant une extrémité filetée disposée pour être vissée dans le trou taraudé <B>103</B> prévu dans le support 27. Cette tige ou autre organe est vissée dans le trou 103 et le support 2 7 est tiré en haut vers la borne 7. La goupille 99 est alignée avec le moyen qui empêche 1e support supérieur 27 de tour ner par rapport au tube lui-même, ce moyen servant aussi à retenir le support dans sa position supérieure pendant que le chapeau 21 est vissé.
La partie supérieure du - tube de fusible est ainsi fermée d'une manière efficace et le dispositif complet est rétabli :: son état de fonctionnement.
Il convient de faire remarquer les dimen sions physiques des éléments fusibles aine que des moyens de chauffage pour ces der niers. Ces parties sont de grandeur telle que des effets de corons nuisibles n'ont pas liez pour les voltages des circuits dans lesquels les dispositifs décrits sont ordinairement em ployés et, en outre, l'ensemble: fusible et moyen de chauffage possède une capacité thermique suffisante pour permettre au dis positif de supporter de grands courants de surcharge pendant de courtes périodes de temps sans diminuer en aucune façon l'apti tude du dispositif de fonctionner par suite d'un faible courant de surcharge persistant.