Interrupteur électrique. La présente invention concerne un inter rupteur électrique comportant des contacts à arc disposés entre deux plaques placées l'une en face de l'autre, une portion de la face intérieure de l'une au moins desdites plaques étant pourvue d'une matière qui est capable de dégager un gaz extincteur d'arc, lorsqu'un arc agit sur elle.
On sait depuis longtemps que le voltage par centimètre de longueur d'arc qui peut être coupé d'une façon satisfaisante par un interrupteur particulier pourrait être aug menté dans une mesure considérable par l'ap plication d'un extincteur d'arc ayant un pas sage étroit ou fente formée par des parois isolantes en matière réfractaire. Le dévelop pement des dispositifs de ce genre destinés à l'interruption de circuits à hautes tensions et intensités s'est toutefois heurté à de telles difficultés qu'il a été pratiquement impos sible de se servir industriellement de ces dis positifs pour effectuer, de façon satisfai- sanie, l'interruption de courants dont les ten sions sont d'un ordre supérieur à quelques centaines ou un millier .de volts.
Ces diffi cultés sont indiquées ci-après plus en détail et le but principal de l'invention est de les éviter.
L'étude des propriétés et caractéristiques de ce type d'extincteur d'arc montre que, dans une chambre jà passage étroit ou fente dont les parois sont faites d'une matière iso lante et réfractaire, le voltage par centimètre d'arc qu'il est possible d'interrompre avec succès varie à l'inverse de la largeur de la fente (approximativement comme le montre la courbe de fig. 8).
Si l'on veut augmenter le voltage par centimètre de longueur d'arc qui peut être interrompu par le dispositif, afin qu'on puisse couper un circuit à haute tension sans donner lieu à la formation .d'arc excessif, il faut donc évidemment adopter des fentes très étroites. Par exemple, pour obtë- nir un pouvoir d'interruption de 500 volts par centimètre de longueur d'arc, il faut ap pliquer une largeur de fente d'un millimètre. Toutefois, avec une fente aussi étroite, il devient très difficile de refouler l'arc à l'in térieur de la fente.
Il n'est évidemment pas possible de loger les contacts dé séparation dans une fente aussi étroite et l'on est obligé d'établir l'arc à l'extérieur du conduit étroit, usuellement au-dessous de ce conduit. Il de vient alors nécessaire d'appliquer un champ magnétique convenablement disposé pour chasser l'arc vers le haut et l'obliger à péné trer dans le conduit à fente étroit.
Toutefois, si les parois du conduit à arc sont faites d'une matière isolante mais non réfractaire, et d'un genre tel qu'elle émet une quantité considérable de gaz extincteur d'arc lorsqu'elle est placée à proximité d'un arc électrique, le voltage par centimètre de lon gueur d'arc qui peut être interrompu dans une fente de largeur donnée, peut être aug menté considérablement, en particulier dans le cas de courants de grande intensité. Les résultats d'essais expérimentaux ont montré que, dans le cas d'un courant d'arc de 2000 ampères, on peut interrompre plus de 800 volts par centimètre de longueur d'arc,
alors qu'on ne peut pas dépasser 60 volts par cen timètre de longueur d'arc avec une fente de même largeur constituée entre des parois ré fractaires.
La nature du gaz émis par la garniture du conduit à arc a une influence considérable sur le voltage par centimètre de longueur d'arc qu'il est possible d'interrompre. L'hydro gène et la vapeur d'eau, par exemple, sont particulièrement propres à assurer efficace ment un accroissement de ce voltage. Des quantités considérables d'hydrogène se déga gent d'une garniture composée d'une matière organique telle que la fibre; et l'acide bo rique .dégage de la vapeur d'eau.
L'interrupteur électrique suivant l'inven tion se caractérise en ce que les parois figes des plaques déterminent un passage étroit ou fente de telle largeur, que des arcs à intensité de courant basse aussi bien que des ares à intensité de courant élevée soient for- ces d'entrer en contact avec les parois d6ter- minant ledit passage pendant le .déplacement desdits arcs à l'intérieur de ce passage.
L'application d'une garniture de dégage ment de gaz augmente grandement le voltage qui peut être interrompu par une longueur d'arc donnée. De plus, l'échelle effective des intensités de courant qui peuvent être interrompues avec succès est considérable ment augmentée en raison du fait que la quantité de gaz extincteur d'arc engendrée est- fonction<B>du</B> courant de l'arc lui-même. Ainsi, lorsque l'intensité de courant de l'arc à éteindre augmente, le dispositif fournit au- tomatiquement une quantité plus grande de gaz pour éteindre l'arc.
Les résultats des essais précédemment mentionnés montrent en outre que le gain réalisé dans le pouvoir interrupteur de vol tage du dispositif par l'application d'une gar niture -de dégagement de gaz pour le conduit à arc est très grand dans le cas de courants relativement intenses, mais devient plus fai ble dans le cas de courants d'intensité relati vement faible (la variation étant sensible ment conforme à la courbe de fig. 9). En raison de cette caractéristique, il est néces saire d'effectuer un allongement considérable de l'arc lorsqu'on interrompt des courants de faibles intensités mais de tensions élevées.
En général, il n'est pratiquement pas pos sible d'établir directement des arcs longs de ce genre et il est, par conséquent, désirable de prévoir une paire de cornes de formation d'arc le long desquelles les racines de l'arc peuvent se mouvoir de façon à effectuer un accroissement longitudinal des dimensions de l'arc.
Pour mieux faire comprendre l'invention et faciliter sa mise en pratique, on en; dé crira maintenant, là titre d'exemple, un mode de réalisation représenté dans le dessin an nexé, dans lequel: Fig. 1 est une vue perspective avec arra chement partiel d'un interrupteur muni d'un dispositif pare-flamme; ri ig. 2 est une vue en élévation :d'une des deux parois qui constituent conjointement le dispositif extincteur d'arc de l'interrupteur de fig. I.; les contacts de l'interrupteur sont aussi indiqués dans cette figure et sont re présentés dans la positon de complète fer meture;
Fig. 3 est une vue en élévation de l'au tre paroi qui, conjointement avec la paroi de fig. 2, constitue le dispositif extincteur d'arc de l'interrupteur .de fig. 1; Fig. 4 est une vue analogue à fig. 2, excepté que les contacts sont représentés dans la position de complète ouverture; Fig. 5 est une vue en élévation fragmen taire avec coupe partielle du dispositif pare- flamme et de l'interrupteur de fig 1;
Fig. 6 est une coupe suivant VI-VI (fig. 5); Fig. 7 est une coupe suivant VII-VII (fig. 1); Fig. 8 est une courbe représentant la re lation entre la largeur de la fente et le vol tage par centimètre de longueur d'arc qui peut être interrompu avec succès dans des interrupteurs à. fente étroite utilisant des pa rois réfractaires;
Fig. 9 montre la relation qui existe entre le courant d'arc en ampères et le voltage d'arc par centimètre de longueur d'arc dans le cas d'un interrupteur à, fente étroite dont le conduit à arc est muni d'une garniture émettant des gaz. Cette courbe représente les résultats obenus à l'aide d'un dispositif uti lisant un conduit à fente constitué par deux parois de fibre espacées de 0;635 cm l'une de l'autre.
Le mode de réalisation de l'invention re présenté dans le dessin comprend deux' pla ques 1 en matière isolante, qui constituent des parois et qui sont espacées l'une de l'autre par trois pièces rectangulaires 3, 5 et 7, éga lement en matière isolante, de façon à consti tuer un conduit étroit 9. La surface des plaques 1 est égale à au moins plusieurs fois la section transversale du conduit 9 tant dans le sens de la hauteur que dans le sens de la largeur des plaques 1. Ce conduit 9 est ouvert à son extrémité supérieure, vers laquelle l'arc se meut pendant le fonction nement normal du dispositif, et est sensible ment fermé sur les trois autres côtés par les pièces d'espacement 3, 5 et 7.
Un dispositif pare-flamme 11, représenté partiellement dans les fig. 5 et 6, est supporté par la partie supérieure du dispositif extincteur de façon à constituer un prolongement -du conduit à arc 9 et a pour rôle de supprimer la flamme et d'empêcher une décharge exagérée de gaz à haute température pendant le fonctionne- ment de l'interrupteur.
Une série de boulons 13, qui traversent des ouvertures convenables des organes 1 et des pièces d'espacement, maintiennent ces di vers éléments convenablement assemblés. Une série analogue de boulons 15 sont prévus pour boulonner le dispositif pare-flamme sur la partie supérieure du dispositif extincteur d'arc, de façon à établir un joint sensible ment hermétique au gaz entre les deux dis positifs.
Pendant le fonctionnement des interrup teurs à fente dans lesquels le conduit à arc est muni d'une garniture émettant un gaz, surtout lorsque ces dispositifs sont appliqués conjointement avec un pare-flamme, des pressions assez considérables sont sujettes à se développer à l'intérieur du conduit à arc, en raison du fait qu'il se dégage de grandes quantité de gaz .de la garniture, et il peut être nécessaire, ou désirable, en vue d'empê cher ou de réduire au minimum le bombe- ment des parois du dispositif, de prévoir des organes tels que trois boulons, indiqués en <B>17,
</B> qui traversent des, douilles isolantes 19 logées dans les organes 1. Des rondelles mé talliques 21 augmentent la surface de con tact effective des boulons 17.
La surface interne de chacune des deux parois 1 est garnie d'une série de carreaux 23 faits d'acide borique comprimé, lesquels carreaux sont fixés solidement, par exemple à l'aide d'une colle ou ciment, sur les sur faces internes opposées desdites parois.
En divisant ainsi la garniture en une série d'élé ments séparés, on simplifie considérablement l'utilisation pratique du dispositif en ce sens que l'érosion excessive de la garniture, qui est sujette à se produire pendant l'interrup tion de courants anormalement intenses, est limitée à une zone de section relativement faible, et qu'il suffit de remplacer un petit nombre de carreaux individuels pour rétablir l'état antérieur du dispositif.
Le dispositif de contact est relativement simple et comprend deux contacts séparables 25 et 27, dont l'un, 27, est normalement fige, et l'autre, 25, destiné à être déplacé pour ouvrir et fermer le circuit électrique passant à travers l'interrupteur. Chacun des contacts est muni d'une corne de formation d'arc 29 et d'un corps 31 disposé de façon à traverser une ouverture convenable 33 que présentent les organes d'espacement adjacents.
Le con tact de droite 27 est fixé rigidement aux organes d'espacement et de paroi à l'aide d'un boulon convenable 35 et d'un tube iso lant 3.7. L'autre contact 25 est déplacé par un mécanisme de commande convenable, non représenté,- d'une position <B>ù</B> l'autre, et l'ou verture 33 de l'organe d'espacement contribue à guider ce mouvement.
Deux fers plats 39, dont la surface est un peu plus grande que celle des cornes de formation d'arc 29, sont encastrés dans la garniture du conduit à arc près de la posi tion occupée par chacune desdites cornes 29 lorsque l'interrupteur occupe la position nor male de "circuit ouvert". Ces fers plats 39 ont pour rôle d'augmenter l'effet magnétique des cornes courbes de formation d'arc 29, de façon à faciliter le mouvement de l'arc vers l'extrémité supérieure du conduit étroit 9 pendant l'opération d'extinction de l'arc.
Pour empêcher la possibilité qu'une quantité ap préciable de gaz soit emprisonnée dans la partie inférieure du conduit 9, l'espace sépa rant les cornes 29 et les pièces d'espacement 3 et 7 est normalement occupé par deux pièces 41, en fibre ou autre matière isolante, repré sentées particulièrement dans la fig. 7.
Les contacts sont tous deux faits d'une matière conductrice en feuille, de préférence en cuivre, dont l'épaisseur n'est que légère- ment inférieure à la largeur du conduit étroit 9, dans lequel l'un de ces contacts se meut. Bien que ces contacts soient minces, ils ont une section transversale considérable et peu vent être parcourus par des courants d'inten sité assez grande pendant un temps considé rable, sans s'échauffer exagérément. De plus, la disposition est telle qu'elle communique une rigidité considérable à ces organes.
Le pare-flamme 11 est. composé essentiel lement d'une boîte métallique fermée 43 qui constitue -un prolongement du conduit 9 et contient une série de chicanes métalliques 45 dont le rôle est d'absorber la chaleur des gaz qui s'échappent pendant l'opération d'extinc tion de l'arc, et d'obliger ces gaz à se con denser,
s'ils sont condensables. La partie in férieure de l'enveloppe principale 43 du pare- flamme possède sensiblement les mêmes di mensions que la partie supérieure de l'extinc- teur d'arc à fente étroite et est supportée par cette dernière à l'aide des boulons 15, comme il a été mentionné précédemment. Les chicanes 45 sont disposées entre des pièces latérales convenables 47 sous forme de cons tructions unitaires dont la forme rappelle celle d'une échelle.
Dans le mode de réalisa tion représenté, il existe trois unités de ce genre.
Chacune des unités à chicanes 45 est rive tée ou autrement fixée rigidement aux pièces latérales 47, et les trois ensembles complets sont disposés dans la partie supérieure de l'enveloppe 43 du pare-flamme, cinq boulons 49 étant prévus pour maintenir ces ensembles à chicanes en place, ces boulons traversant l'enveloppe 43 de part en part. La partie su périeure de l'enveloppe 43 présente une série d'ouverture d'échappement 51 obtenues en dé coupant des sections 53 dans l'enveloppe elle- même, de façon à empêcher l'établissement de pressions trop élevées dans le conduit à arc 9.
Les plaques-chicanes individuelles 45 peuvent être faites d'un métal tel que le cuivre, qui possède une capacité thermique élevée et qui est un excellent conducteur de la chaleur; et ces chicanes sont de préférence disposées de façon que le gaz décrive un chemin tortueux dans son passage à travers les ouvertures d'é chappement 51.
Les contacts de l'interrupteur sont repré sentés dans la position du "circuit fermé" dans la fig. ?. Pendant l'opération d'ouver tures du circuit, le contact mobile 25 est dé placé par le mécanisme de commande, de la position représentée dans la fig. 2 vers la position représentée dans la fig. 4. La partie initiale de ce mouvement a pour effet de sé parer l'une de l'autre les surfaces de contact parcourues par du courant, ce qui établit un arc entre ces surfaces.
L'effet magnétique des cornes de formation d'arc 29, augmenté par les fers plats 39 disposés de part et d'autre de la corne fixe, fait immédiatement mouvoir l'arc dans la direction de la partie supérieure de la fente étroite 9. En même temps, la chaleur de l'arc décompose les surfaces adja centes des carreaux 23 dont est composée la garniture en acide borique du conduit à arc, et effectue la mise en liberté d'une quantité considérable de vapeur d'eau qui, en s'échap pant, se meut vers l'extérieur dans une direc tion sensiblement transversale à l'arc et en traîne l'arc vers le haut le long des cornes.
La garniture du conduit 9 est de prèfé- rence faite d'acide borique, comme on l'a dit ci-dessus, parce que cette matière dégage une grande quantité de vapeur d'eau lorsqu'elle est placée à proximité d'un arc électrique et que cette vapeur constitue un gaz extincteur d'arc dont la composition est sensiblement inorganique. Ceci diminue le risque d'incendie et contribue grandement à la sécurité de fonc tionnement du dispositif. 'Une autre caracté ristique désirable de l'acide borique découle du fait que cette matière ne perd pas ses pro priétés d'isolement élevées normales lors qu'elle est chauffée jusqu'à son point de fu sion.
Les décharges superficielles susceptibles de se produire en travers de la garniture du conduit à arc sont ainsi empêchées, même lors que la surface en acide borique est portée à une température très élevée. Bien entendu, on pourrait, sans sortir du cadre de l'inven tion, utiliser d'autres matières solides pour obtenir ce courant de gaz.