Disjoncteur électrique à jet de gaz La présente invention concerne un disjoncteur électrique à jet de gaz. On connaît déjà des disjonc teurs de ce type dans lesquels un dispositif provoque un jet de gaz, généralement de l'air, passant entre les surfaces coopérantes des contacts de l'interrup teur, lorsque celles-ci s'écartent durant l'ouverture du disjoncteur, de manière à maintenir à une valeur élevée la rigidité diélectrique du milieu existant entre les contacts et à contribuer ainsi à l'extinc tion des arcs qui se forment entre les contacts, lors de la coupure d'un courant.
Le disjoncteur faisant l'objet de l'invention, comprenant une première et une seconde pièce de. contact principales coopérantes de forme générale tubulaire, une pièce de contact auxiliaire capable d'un mouvement de glissement limité dans la pre mière pièce de contact principale, et une enceinte dans laquelle les pièces de contact sont disposées, est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour faire passer un courant de gaz sous pression à tra vers l'enceinte pendant une opération de fermeture, au moins jusqu'à ce que la pièce de contact auxi liaire vienne en prise avec la seconde pièce de contact principale,
le gaz s'échappant à travers l'alésage de la seconde pièce de contact principale jusqu'à ce qu'une surface de contact annulaire de la pièce de contact auxiliaire vienne en prise avec une surface de contact annulaire correspondante de la seconde pièce de contact principale et arrête l'échappement du gaz, la pression du gaz dans ladite enceinte agissant, au moins temporairement, pour constituer une partie au moins de la pression de contact entre lesdites surfaces de contact.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution du disjoncteur objet de l'invention et des variantes. Les fig. 1, 2 et 3 sont des coupes longitudinales partielles de la première forme d'exécution, la fig. 4 est une coupe, à plus grande échelle, correspondant à la fig. 3 et montrant une autre posi tion de certains organes, la fig. 5 est une coupe partielle d'une variante, les fig. 6 et 7 sont des coupes partielles d'une autre variante, montrant deux positions de divers organes,
et les fig. 8 et 9 sont des coupes longitudinales par tielles de la seconde forme d'exécution, montrant deux positions de certains organes.
Le disjoncteur représenté à la fig. 1 comprend. un isolateur cylindrique creux 10 monté sur une base en fonte 11. Pour plus de simplicité, le mon tage est supposé être vertical, mais le disjoncteur peut être monté en position quelconque. Un capot 12 constitue l'une des connexions électriques du dis joncteur indiquée schématiquement en 13, l'autre connexion ayant lieu en 14 à la base en fonte. Une bride 15 de la base sert au raccordement à une source d'air comprimé, non représentée sur le dessin.
Le disjoncteur comprend une première pièce de contact principale 16, tubulaire et fixe, qui fait par tie du capot 12, et une seconde pièce de contact prin cipale 17 mobile comprenant une partie tubulaire 18 subdivisée à son extrémité supérieure par une série de découpures longitudinales pour former des doigts de contact 19, poussés vers l'intérieur par des res sorts circulaires 20. Dans la position de fermeture du disjoncteur, comme le montre la fig. 1, les extré mités supérieures des surfaces internes des doigts de contact 19 s'engagent avec une surface de contact correspondante 16a à la périphérie de la pièce 16.
D'autres doigts de contact 21 solidaires de la base en fonte 11 et poussés vers l'extérieur par un ressort 22 assurent la connexion électrique entre la pièce de contact mobile 17 et la base en fonte.
La pièce de contact mobile 17 peut glisser d'une façon limitée dans la base en fonte 11, le glissement étant commandé par l'admission sélective d'air com primé à la face supérieure ou à la face inférieure d'un piston 23 solidaire de l'extrémité inférieure de la partie tubulaire 18. Un plateau annulaire 24 solidaire de la pièce de contact mobile 17 coopère avec un siège annulaire 25 pour former une soupape d'injection commandant l'admission d'air comprimé dans un passage annulaire 26 limité par la surface interne de l'isolateur 10 et la surface externe de la pièce de contact mobile 17.
La pièce de contact mobile 17 comporte égale ment une pièce de contact auxiliaire 27 montée dans l'espace tubulaire défini par les doigts de contact 19 de la pièce de contact mobile et capable d'un mou vement glissant limité par rapport à cette pièce. Un ressort 28 appuie la pièce 27 contre une surface de contact intérieure correspondante 16b de la pièce de contact 16, lorsque le disjoncteur est en position de fermeture.
Le déplacement de la pièce 27 relati vement à la pièce de contact mobile 18 peut être commandé par l'admission d'air comprimé dans un cylindre 29 formé dans la pièce de contact mobile et dans lequel un piston 30 solidaire de la pièce 27 peut glisser.
En l'absence d'un jet d'air comprimé dans les cylindres qui commandent le déplacement des par ties mobiles, les contacts sont appuyés les uns contre les autres par des ressorts 31 logés dans la partie 18 de la pièce de contact principale 17. Dans ces con ditions, le plateau annulaire 24 appuie contre son siège 25.
Le capot 12 porte, outre la pièce de contact fixe 16 et sa tige pare-étincelle 32, une soupape d'échappement 33 qui est normalement poussée par un ressort 34 dans la position d'ouverture indiquée à la fig. 1, mais peut se déplacer pour coopérer avec un siège annulaire 35 de façon à fermer un passage annulaire d'échappement 36 conduisant à l'atmo sphère extérieure. Une soupape de retardement 37 commande le mouvement de la soupape d'échappe ment 33, comme cela est expliqué plus loin, selon la variation de la pression de l'air dans l'espace annulaire 26 qui entoure les contacts du disjoncteur.
Le fonctionnement du disjoncteur s'explique le mieux en considérant 1e cycle des opérations de déclenchement et d'enclenchement. La fig. 1 repré sente le disjoncteur à l'état enclenché ; le circuit du courant à travers le disjoncteur est établi par l'engagement des doigts de contact 19 avec la sur face de contact externe 16a de la pièce de contact 16, la soupape d'injection 24, 25 étant fermée et la sou pape d'échappement 33 ouverte. De l'air comprimé provenant de la source reliée à la bride 15 remplit un espace 38 en dessous de la soupape d'injec tion 24, 25.
Cette pression d'air contre cette soupape a pour effet d'accroître la poussée des ressorts 31 sur la partie 18 ; pour compenser dans une certaine mesure l'effet de cette pression, de l'air comprimé est également injecté, par un passage 39, sur la face supérieure du piston 23, dont la surface est légère ment inférieure à celle du plateau annulaire 24. Dans cet état, l'intérieur de la partie tubulaire 18 et le cylindre du piston 30 de la pièce de contact auxiliaire communiquent avec l'atmosphère par des passages 40 et 41, respectivement, tandis qu'un autre passage 42 relie à l'atmosphère la partie infé rieure d'un cylindre 43 dans lequel glisse le pis ton 23.
Bien que les passages 39, 40, 41 et 42 soient indiqués sur la figure comme émergeant de la sur face extérieure de la base en fonte 11, d'où ils sont reliés à un jeu de soupapes pour l'admission d'air comprimé ou son échappement dans l'atmosphère, cela n'est fait que pour faciliter les explications, alors qu'en réalité ce jeu de soupapes peut être logé à l'intérieur de la base en fonte 11.
Une opération d'ouverture du disjoncteur débute par l'ouverture d'une soupape d'amenée d'air com primé par le passage 41 à la face inférieure du piston 30, ce quia pour effet d'augmenter l'action du ressort 28 en exerçant une pression entre la pièce de contact auxiliaire 27 et la surface inté rieure 16b de la pièce de contact fixe et, par sa réaction sur la partie tubulaire mobile 18, de sur monter la pression exercée par les ressorts 31 et l'effet de la pression déséquilibrée sur la soupape d'injection 24, 25, de manière que la pièce 18 se déplace vers le bas.
Un raccord coulissant 44 dans le passage 41 permet de maintenir l'admission d'air au cylindre 29 durant ce mouvement. Dès que le déplacement de la pièce de contact mobile 17 écarte le plateau annulaire 24 de son siège 25, le déséqui libre de pression à travers la soupape d'injection est supprimé, de sorte que le déplacement de la pièce de contact mobile est accéléré.
Durant ce déplacement initial de la pièce de contact mobile 17, les doigts de contact 19 sont reti rés de la pièce de contact 16 et se déplacent vers l'intérieur, par l'effet des ressorts 20, de manière à embrasser et à établir le contact avec la surface cylindrique de la pièce auxiliaire 27 à laquelle le courant traversant l'interrupteur est alors transféré. La différence de pression à travers la pièce 27, ainsi que la pression d'air dans le cylindre 29 et l'action du ressort 28, maintiennent la pièce de contact auxi liaire 27 fermement appuyée contre la pièce de contact fixe 16 durant cette partie de l'opération.
Le déplacement de la pièce de contact mobile 17 se poursuit et la pièce de contact 27 atteint la limite de sa course par rapport à elle. Lorsque la pièce de contact mobile 17 continue à se déplacer, elle entraîne alors avec elle la pièce de contact auxi liaire 27, ce qui a pour effet d'écarter celle-ci de la pièce de contact fixe et de permettre au jet d'air comprimé de traverser complètement le disjonc teur ; lorsque la pièce de contact mobile a achevé son déplacement, les pièces occupent les positions représentées par la fig. 2. Le mouvement des pièces peut être amorti par l'action du piston 23 dans son cylindre 43 et du piston 30 dans son cylindre 29.
Durant cette partie de l'opération, un arc jaillit entre la pièce de contact auxiliaire 27 et la pièce de contact fixe 16, puis est transféré à la tige pare- étincelle 32 à l'intérieur de la pièce de contact fixe par le jet de gaz qui s'écoule par la soupape d'injec tion ouverte et s'échappe dans l'atmosphère par l'alésage de la pièce de contact fixe et la soupape d'échappement 33 ouverte. Par suite de l'ouverture de la soupape d'injection 24 et du remplissage sub séquent de l'intérieur de l'isolateur 10 avec de l'air sous pression, la soupape de retardement 37 reçoit de l'air par un passage 45.
Après un intervalle suf fisamment long pour assurer l'extinction de l'arc entre les contacts, cette soupape de retardement amène de l'air comprimé à la face supérieure d'un piston 46 solidaire de la soupape d'échappement 33, ce qui provoque la fermeture de cette soupape. Finalement, le passage 41 est relié à l'atmosphère et la pièce de contact auxiliaire 27 se déplace sous l'action de la pression d'air dans le passage 26 agis sant à la face supérieure du piston 30, dans la posi tion rétractée qu'indique la fig. 3. Il en résulte un écartement entre les pièces de contact qui permet une rigidité diélectrique convenable, même à la pression atmosphérique, sans qu'il soit nécessaire de prévoir un interrupteur en série ou d'isolement séparé. L'intérieur de l'isolateur 10 demeure rempli d'air sous pression.
Pour ramener le disjoncteur en position de fer meture, de l'air comprimé est appliqué simultané ment au cylindre 29 par le passage 41, à l'extrémité inférieure du cylindre 43 par le passage 42 et à la face inférieure du piston 46 de la soupape d'échap pement par un passage non indiqué sur le dessin. La pièce de contact auxiliaire 27 est ainsi ramenée à la position indiquée à la fig. 2, émergeant du tube défini par les doigts de contact 19 ; la soupape d'échappement 33 est ouverte pour permettre le passage d'un jet d'air à travers le disjoncteur, tan dis que la pièce de contact mobile 17 commence à se déplacer entièrement vers sa position de ferme ture.
Dès que la pièce 27 touche la surface inté rieure 16b du contact fixe 16, elle agit comme une soupape pour interrompre le jet d'air. La pression d'air qui en résulte agit alors dans l'espace annu laire 26 qui entoure les pièces de contact, ce qui a pour effet d'appuyer fermement la pièce 27 contre la surface de contact 16b de la pièce de contact fixe. Tandis que le mouvement de la pièce de con tact mobile 17 se poursuit, les doigts de contact 19 touchent la surface extérieure 16a de la pièce de contact fixe et se dégagent de la pièce 27, transfé rant ainsi le courant aux surfaces des pièces de contact principales. Finalement, le plateau annu laire 24 vient appuyer contre son siège 25, ce qui supprime l'amenée d'air à l'intérieur de l'isolateur.
L'air qui s'y trouve peut s'échapper par un pas sage 47 qui communique avec l'intérieur de la pièce de contact fixe 16 et, de là, à l'atmosphère, étant donné que la soupape d'échappement 33 demeure ouverte.
Si le circuit est sous tension, un arc peut jaillir entre la pièce auxiliaire 27 et la pièce fixe 16, lorsque ces pièces se rapprochent. La présence du jet d'air à travers l'interrupteur fait en sorte que cet arc est immédiatement entraîné dans la pièce 16 et transféré à la tige pare-étincelle 32, de la même façon que durant une opération d'ouverture. Le transfert du courant de la pièce auxiliaire aux doigts de contact 19 de la pièce de contact mobile 17, qui appuient contre une surface de contact diffé rente<I>16a</I> de la pièce fixe, a pour résultat que les surfaces principales conduisant le courant ne sont pas affectées par la formation d'arc lors des opéra tions d'ouverture et de fermeture.
La fig. 4 est une vue agrandie des pièces de contact du disjoncteur. Elle montre que la pièce 27 est constituée par un corps 48, une pièce pare-étin- celle 49 et une face pare-étincelle annulaire 50. De même, l'intérieur de la pièce de contact fixe com porte un anneau pare-étincelle 51. Lors de la for mation d'un arc entre ces pièces durant une opéra tion d'ouverture ou de fermeture, seule la première décharge passe par la surface pare-étincelle exté rieure 50 et l'anneau 51 de la pièce de contact fixe.
L'arc est immédiatement transféré à la partie cen trale 49 et à la tige pare-étincelle 32 de la pièce de contact fixe, où il demeure jusqu'à ce qu'il soit éteint lors d'un passage du courant par zéro.
La fig. 4 montre en outre que, aux positions rela tives des pièces de contact durant la formation de l'arc, le profil de la pièce de contact mobile, exempt de brusques discontinuités, est tel que l'intensité du champ électrique entre les pièces de contact n'augmente pas de manière inadmissible. De plus, le flux d'air comprimé longeant les surfaces de con tact parvient à l'intérieur de la pièce de contact fixe 16 comme l'indiquent les flèches, sans turbu lence notable.
La fig. 5 montre un détail d'une variante com portant deux disjoncteurs élémentaires 52 montés en opposition sur une base en fonte 53 commune. Chaque disjoncteur élémentaire 52 est analogue au disjoncteur représenté par les fig. 1 à 3, mais les soupapes d'injection 24 de ces figures sont rempla cées par une seule soupape à tiroir 54 qui ferme l'admission d'air comprimé dans la base en fonte 53. Cela permet de réduire la longueur du disjoncteur, comparativement à celle du disjoncteur représenté par les fig. 1 à 3, et de réaliser ainsi une très nette réduction de la longueur de l'ensemble des deux disjoncteurs.
La commande de ce disjoncteur est plus complexe, car la soupape d'injection 54 doit être ouverte et fermée en synchronisme avec les mouvements des pièces de contact ; de plus, le désé quilibre de pression à travers la soupape d'injec- tion 24 des fig. 1 à 3 ne peut plus servir à faciliter la commande des mouvements des pièces de contact.
La soupape d'injection 54 est commandée par l'admission d'air comprimé dans un cylindre 55 où glisse un piston annulaire 56 disposé à l'extrémité de la soupape. La face annulaire de la soupape coopère avec un siège annulaire 57 dans la base en fonte, ce siège étant un peu en retrait, afin de le protéger contre le jet d'air. Un déflecteur 58 contri bue au libre écoulement de l'air vers les pièces de contact lorsque la soupape d'injection est ouverte.
Une autre disposition des pièces de contact, qui peut être substituée aux dispositions représentées par la fig. 4, est indiquée aux fig. 6 et 7 qui mon trent une seconde variante. Celle-ci comprend une première pièce de contact 60 et une deuxième pièce de contact 61. Dans une construction semblable à celle représentée par les fig. 1 à 3, la pièce de con tact 60 serait fixe, tandis que la seconde pièce de contact 61 serait mobile ; cette disposition peut natu rellement être modifiée lors de l'application à d'autres constructions de la disposition des pièces de contact indiquée par les fig. 6 et 7.
La pièce de contact 60 est munie d'un anneau pare-étincelle 62, fixé dans son ouverture, ainsi que d'une série d'au moins trois doigts de contact 63 disposés autour de la pièce 60, à l'extérieur de l'anneau pare-étincelle 62. Ces doigts de contact ont une section en forme de L, l'une des branches du L formant une surface de contact destinée à s'engager avec une surface de contact correspondante de la seconde pièce de contact 61, l'autre branche servant à loger le doigt de contact dans la pièce 60.
Cette autre branche se termine par une partie élargie 63a d'une section partiellement cylindrique, qui est logée dans une rainure correspondante 60a de la pièce 60, de sorte que la pièce 60 présente une série de rai nures de section cylindrique, reliées ou séparées. Les surfaces des rainures 60a et de la partie termi nale 63a du doigt de contact peuvent ainsi glisser l'une sur l'autre et permettre au doigt de contact 63 de bouger sous l'action de ressorts 64. La large sur face de contact obtenue de la sorte réduit le risque d'un collage entre les surfaces de contact glissantes.
Une lèvre à l'extrémité de la branche inférieure du doigt de contact 63 s'engage dans le bord de l'anneau pare-étincelle 62, afin de limiter le déplacement du doigt de contact.
La pièce de contact 60 est en outre munie d'une tige pare-étincelle centrale 65.
La seconde pièce de contact 61 comprend une partie principale cylindrique 66, tandis qu'une pièce de contact auxiliaire 67 peut coulisser dans l'extrémité de la pièce principale 66, entre des posi tions dans lesquelles elle est au moins en partie rétractée à l'intérieur de la seconde pièce princi pale, comme l'indique la fig. 6, tandis qu'elle peut également en émerger comme le montre la fig. 7,
pour réaliser une surface de contact d'une forme telle que l'intensité du champ électrique entre les pièces de contact principales 60 et 61 ne présente nulle part une valeur élevée inadmissible et qu'il n'en résulte pas de turbulence locale du jet d'air.
La pièce de contact principale 66 se termine par une surface annulaire 66a disposée de façon à venir buter contre les doigts de contact 63 de la pièce de contact 60, la pression de contact étant fournie par les ressorts 64.
La pièce de contact auxiliaire 67 est munie d'un anneau 68 qui vient appuyer contre l'anneau pare- étincelle 62 de la pièce de contact 60 et contre la pièce pare-étincelle centrale 69, dans la position de fermeture. Une bonne connexion électrique entre la pièce de contact principale 66 et la pièce de contact auxiliaire 67 est obtenue à l'aide de languettes de contact et de ressorts 70 disposés entre les deux pièces de contact. Le déplacement de la pièce de contact 67 relativement à la pièce de contact prin cipale 66 est obtenu en amenant de l'air comprimé par un passage 71 à la face inférieure de la pièce 67 et en reliant ce passage avec l'atmosphère.
En outre, il peut être fait usage de ressorts, non indiqués sur le dessin.
Tout arc qui se forme durant l'opération jaillit entre les anneaux pare-étincelle 62 et 68, mais est transporté par le jet d'air dans la première pièce de contact principale et s'établit entre la tige 65 et la pièce centrale 69.
La forme d'exécution représentée aux fig. 8 et 9 est analogue à celle que représentent les fig. 1 à 3, mais elle comporte certaines autres particularités et fonctionne d'une façon passablement différente.
Cette forme d'exécution comprend un isolateur creux 80 monté verticalement, mais qui peut l'être sous n'importe quel autre angle, sur une base en fonte 81 et surmonté d'un capot 82 ; la base et le capot forment les connexions électriques du disjonc teur, comme cela est indiqué schématiquement en 83 et 84. La base en fonte 81 est munie d'une bride 85 pour le raccordement à une alimentation en air comprimé et qui est en communication permanente avec l'intérieur de l'isolateur 80.
Le disjoncteur comprend une pièce de contact mobile 88 et une pièce de contact fixe 89 consistant essentiellement en une partie tubulaire 90 suppor tée par la base en fonte 81, dont elle peut être soli daire, et pénétrant dans l'isolateur 80. A son extré mité supérieure, cette partie 90 est divisée par une série de découpures longitudinales, de manière à former une série de trois doigts de contact 91 ou plus, qui sont poussés par des ressorts circulaires 92 et, au besoin, par leur propre élasticité, vers l'inté rieur du tube qu'ils définissent.
Une pièce de contact auxiliaire 93 est montée à l'intérieur des doigts de contact 91, de façon à pouvoir se déplacer légère ment entre la position où son sommet est approxi mativement en ligne avec les extrémités des doigts de contact 91, comme l'indique la fig. 8, et la posi tion où elle émerge des doigts de contact, comme l'indique la fig. 9. Une pièce de guidage 94, termi- née par un piston 95, est montée sur la partie 90 à l'aide d'un bossage 96 ; le piston 95, qui glisse dans le cylindre 97 formé dans la pièce de contact 93, sert à la fois à guider et à commander le déplace ment de cette pièce.
Un passage 98 qui débouche à la surface supérieure du piston 95 est normalement alimenté en air comprimé, mais peut être relié à l'atmosphère. Un ressort 99 pousse la pièce 93 vers l'extérieur depuis la partie 90.
La pièce de contact 88 peut glisser longitudinale ment dans un tube de support 100, qui est un prolon gement d'une pièce 101 reliant le capot à l'isolateur. L'extrémité inférieure du tube de support 100 est subdivisée de la même manière que la partie 90 pour former une série de trois doigts de contact 102 ou plus, poussés vers l'intérieur par des ressorts circu laires 103. Des, bras 104 relient la pièce de contact 88 avec une tige de piston 105 qui porte à son extrémité supérieure un piston 106 glissant dans un cylin dre 107, logé dans un bloc cylindrique 108 du capot. L'extrémité inférieure de la tige de piston 105 s'étend vers le bas pour former une tige pare-étincelle 109 de la pièce de contact 88.
Le choix de la pièce 88 comme contact mobile principal du disjoncteur simplifie les connexions nécessaires au cylindre de commande de la pièce de contact auxiliaire ; de plus, le fonctionnement du disjoncteur n'exige alors que le déplacement de la plus légère et de la plus simple des deux pièces de contact.
Une chemise 110 est disposée entre la périphérie du piston 106 et la paroi du cylindre 107 ; elle coo père avec une série d'ouvertures formées dans la paroi du cylindre, pour commander le mouvement du pis ton, comme cela est expliqué plus loin. Un piston annulaire<B>111</B> au sommet de la chemise 110 com mande le mouvement de celle-ci qui est poussée vers le haut par des ressorts 112 à son extrémité infé rieure.
Un ressort de pression 113 pousse la pièce de con tact 88 vers le bas, pour l'engager avec la pièce de contact inférieure.
L'intérieur de la pièce 88 communique avec l'atmosphère par un passage annulaire 114. Une soupape d'échappement annulaire<B>115,</B> coulissant dans un logement du bloc cylindrique 108 du capot, peut coopérer avec un siège annulaire 116 logé dans la pièce 101 reliant le capot à l'isolateur, pour fer mer le passage 114, un ressort 117 agissant dans le sens de fermeture. Un piston annulaire 118 au som met de la soupape d'échappement 115 coulisse dans un cylindre 119, dans lequel de l'air comprimé peut être amené pour commander le mouvement de cette soupape.
Le jeu de soupapes par lequel l'amenée d'air com primé dans les différents cylindres est commandée n'est pas indiqué sur le dessin, mais il peut être de n'importe quelle forme appropriée et situé soit dans le corps du disjoncteur, soit à l'extérieur. Le fonctionnement du disjoncteur sera mainte nant décrit en considérant un cycle de déclenche ment et d'enclenchement.
Dans la position de fermeture du disjoncteur, comme le représente la fig. 8, les surfaces internes des doigts de contact 91 de la pièce de contact prin cipale inférieure 89 sont engagées avec une surface extérieure correspondante 88a de la pièce de contact principale supérieure 88. Dans cette position, les doigts de contact 91 sont écartés de manière qu'ils n'appuient pas contre la périphérie extérieure de la pièce de contact auxiliaire 93, le circuit à travers le disjoncteur n'étant établi que par les doigts de contact 91 et leurs surfaces de contact touchant la pièce de contact 88.
La pièce 93 est toutefois pous sée vers le haut par son ressort 99, de sorte que l'anneau pare-étincelle 120 placé à sa surface touche l'anneau pare-étincelle correspondant 121 disposé dans l'ouverture de la pièce de contact 88.
Avant le début de l'opération d'ouverture, la sou pape d'échappement 115 est fermée et la soupape à chemise 110 est dans sa position supérieure. L'iso lateur 80 renferme de l'air sous pression.
Pour amorcer une opération d'ouverture du dis joncteur, de l'air comprimé est amené par un pas sage 129 à la face inférieure du piston 118 de la sou pape d'échappement. Etant donné que la face supé rieure de ce piston communique en permanence avec l'atmosphère, comme cela a été indiqué, la force du ressort de fermeture 117 de la soupape d'échappement est surmontée, de sorte que cette sou pape s'ouvre.
L'intérieur de la pièce de contact 88 communique ainsi avec l'atmosphère, tandis que les surfaces de contact de cette pièce de contact 88 et de la pièce 93, qui se touchent, agissent comme une soupape pour empêcher que de l'air comprimé ne pénètre à l'intérieur de la pièce 88, cette différence de pression contribuant à augmenter la pression de contact entre la pièce auxiliaire 93 et la pièce 88. Cette pression accrue est suffisante pour surmonter la force exercée par le ressort de pression 113 et pour forcer la pièce 88 à se déplacer légèrement vers le haut.
Cela permet à de l'air comprimé de passer de l'espace annulaire 122 entourant les pièces de contact à la face inférieure du piston 106 de la pièce 88, par le passage 123 allant au bloc cylin drique 108 du capot et par l'ouverture 124 de la che mise 110, ce qui a pour effet d'accélérer le mouve ment ascendant de la pièce de contact 88. L'air se trouvant au-dessus du piston 106 dans le cylindre 107 s'échappe en partie par une ouverture 126 et en par tie par une autre ouverture 127 de la chemise 110.
En se déplaçant vers le haut, la pièce de contact 88 se sépare des doigts de contact 91 de la pièce de contact inférieure 90, qui se déplacent vers l'intérieur pour transférer le courant à la pièce auxiliaire 93, qui demeure appuyée contre la pièce 88 par l'action conjuguée du ressort 99 et de la différence de pression d'air à travers les pièces de contact. Lorsque la pièce 93 atteint la fin de sa course, relativement à la pièce de contact 90, définie par le déplacement du piston 95 dans son cylindre 97, les surfaces de con tact de la pièce 93 et de la pièce 88 sont séparées et, si le disjoncteur est parcouru par un courant, un arc jaillit entre ces surfaces.
La séparation des sur faces de contact a toutefois permis à un jet de gaz de passer entre elles et de pénétrer à l'intérieur de la- pièce 88, puis de s'échapper dans l'atmosphère par la soupape 115 ouverte. L'arc est ainsi entraîné dans la pièce 88 et transféré à la tige pare-étincelle 109 de cette pièce et à la pièce pare-étincelle centrale 128 de la pièce auxiliaire 93. Seule la décharge initiale est donc supportée par les anneaux pare-étincelle 120 et 121 des deux pièces de contact, et tous les pro duits d'arc sont entraînés dans la pièce 88 et, de là, dans l'atmosphère.
Lorsque le piston 106 s'approche de la fin de sa course, sa périphérie ferme l'ouverture 127 de la chemise 110 ; la réduction d'échappement d'air du cylindre 107 qui en résulte amortit le mouvement de la pièce 88.
L'état du disjoncteur lorsque la pièce de contact mobile atteint la limite de sa course est représenté à la fi g. 9, qui montre que le profil des surfaces com binées de la pièce 93 et des doigts de contact 91 ne présente pas de discontinuités qui risqueraient d'accroître la sollicitation électrique dans l'espace entre les pièces de contact dans une mesure indé sirable, et pourrait donner lieu à une turbulence locale du flux d'air passant entre les pièces de contact.
Peu après le début de l'opération d'ouverture, lorsque l'arc formé entre les pièces de contact a été éteint, une soupape de retardement (non représentée sur les dessins) relie la face inférieure du piston 118 de la soupape d'échappement avec l'atmosphère par le passage 129, puis la soupape d'échappement se ferme sous l'action du ressort 117. De ce fait, le jet de gaz à travers le disjoncteur cesse.
En même temps, le passage 98 conduisant à la face supérieure du piston de commande 95 est relié à l'atmosphère et la pression d'air exercée sur la pièce 93 l'oblige à se rétracter dans les doigts de contact 91, ce qui aug mente suffisamment l'intervalle entre les surfaces de contact opposées du disjoncteur pour obtenir un isolement électrique adéquat, sans l'aide d'un inter rupteur d'isolement en série séparé. Tout l'intérieur de l'isolateur 80 demeure rempli d'air sous pression, de sorte que la rigidité diélectrique du milieu com pris entre les surfaces de contact opposées est main tenue à une valeur élevée.
Dans cet état du disjoncteur, il y a lieu de noter que la soupape d'échappement 115 est fermée, comme l'indique la fig. 8, de sorte que la pression de l'air dans l'isolateur 80 exerce un effet différentiel sur la soupape 115, qui est ainsi encore plus énergique ment fermée. Cela résulte de la différence des dia mètres du siège annulaire 116 de la soupape de fer meture et du joint toroïdal 130, qui empêche toute fuite d'air de l'intérieur de l'isolateur, même en cas de défaillance du ressort de pression 117.
Le siège 116 de la soupape d'échappement est logé dans une gorge de la paroi inférieure du passage annulaire d'échappement 114 ; de ce fait, sa surface est protégée contre les gaz chauds et les produits d'arc qui circulent à proximité durant le fonctionne ment du disjoncteur.
Ces particularités de la soupape d'échappement et de son siège sont également applicables à la soupape d'échappement des disjoncteurs représentés par les fig. 1, 2, 3 et 5.
Pour amorcer une opération de fermeture du disjoncteur, de l'air comprimé est admis par le pas sage 98 à la face supérieure du piston 95, ce qui ramène la pièce 93 à sa position en saillie par rap port aux doigts de contact 91. En même temps, la soupape d'échappement 115 est ouverte par l'action de la pression d'air appliquée à la face inférieure du piston 118. Un jet d'air commence à s'écouler à tra vers le disjoncteur, qui est alors dans l'état repré senté à la fig. 9.
Au même moment, de l'air est admis par le passage 131 à la face supérieure du piston 111 au sommet de la chemise 110, forçant celle-ci à sa position inférieure, ce qui permet à l'air comprimé de s'écouler à travers l'ouverture 132 de la che mise 110, vers la face supérieure du piston 106 de la pièce 88. De ce fait, la pièce 88 commence à se déplacer vers le bas, l'air se trouvant sous son pis ton s'échappant dans l'atmosphère par une autre ouverture 133 à l'extrémité inférieure de la che mise 110 et par le passage d'échappement 114 ouvert.
Lorsque les pièces de contact se rapprochent, un point est atteint où la rigidité diélectrique de l'inter valle qui les sépare devient inférieure à la différence de potentiel entre ces pièces. Grâce au jet de gaz entre les surfaces de contact, la rigidité diélectrique du milieu est élevée et les pièces de contact seront très rapprochées avant qu'une décharge se produise entre les anneaux pare-étincelle 120 et 121 des deux pièces. L'arc qui jaillit est immédiatement entraîné par le jet d'air dans la pièce 88 et transféré à la pièce centrale 128 de la pièce auxiliaire et à la tige pare-étincelle 109 de la pièce 88. Le mouvement de cette pièce se poursuivant, les anneaux pare-étin- celle 120 et 121 se touchent, ce qui court-circuite et éteint l'arc.
La pièce auxiliaire 93 étant petite et légère, il est fort peu probable qu'elle rebondira, car elle est poussée contre la pièce 88 à la fois par le ressort de pression 99 et par l'air amené sous pression à la face supérieure de son piston 95. De plus, dès que les surfaces de contact se touchent, elles agissent comme une soupape pour interrompre le flux d'air à travers le disjoncteur et la différence de pression à travers la pièce 93 a pour effet d'appuyer celle-ci encore plus fortement contre la pièce 88.
Du fait que la pièce 88 poursuit son mouvement, les doigts de contact 91 de la pièce 90 viennent tou cher les surfaces de contact 88a de la pièce 88, de sorte que le courant de charge est transféré à ces surfaces de contact.
L'opération de fermeture étant ainsi terminée, la soupape d'échappement 115 peut se fermer en reliant le passage 129 à l'atmosphère. L'espace 122 du dis joncteur demeure rempli d'air comprimé.
Finalement, le passage 131 est relié à l'atmo sphère, ce qui permet à la chemise 110 de revenir à sa position supérieure et d'être prête pour une opé ration d'ouverture subséquente.
Les dispositions des pièces de contact décrites en se référant aux variantes des fig. 6 et 7 pour le dis joncteur représenté aux fig. 1 à 4 sont également applicables au disjoncteur représenté aux fig. 8 et 9.
The present invention relates to an electric gas jet circuit breaker. Circuit breakers of this type are already known in which a device causes a jet of gas, generally air, passing between the cooperating surfaces of the contacts of the switch, when the latter move apart during the opening of the switch. circuit breaker, so as to maintain at a high value the dielectric strength of the medium existing between the contacts and thus to contribute to the extinction of the arcs which form between the contacts when a current is cut.
The circuit breaker forming the subject of the invention, comprising a first and a second part of. cooperating main contact of generally tubular shape, an auxiliary contact piece capable of limited sliding movement in the first main contact piece, and an enclosure in which the contact pieces are arranged, is characterized in that it comprises means for passing a stream of pressurized gas through the enclosure during a closing operation, at least until the auxiliary contact piece engages the second main contact piece,
gas escaping through the bore of the second main contact piece until an annular contact surface of the auxiliary contact piece engages a corresponding annular contact surface of the second contact piece main and stops the escape of gas, the gas pressure in said enclosure acting, at least temporarily, to constitute at least part of the contact pressure between said contact surfaces.
The appended drawing represents, by way of example, two embodiments of the circuit breaker which is the subject of the invention and of the variants. Figs. 1, 2 and 3 are partial longitudinal sections of the first embodiment, FIG. 4 is a section, on a larger scale, corresponding to FIG. 3 and showing another position of certain organs, FIG. 5 is a partial section of a variant, FIGS. 6 and 7 are partial sections of another variant, showing two positions of various organs,
and fig. 8 and 9 are partial longitudinal sections of the second embodiment, showing two positions of certain members.
The circuit breaker shown in fig. 1 includes. a hollow cylindrical insulator 10 mounted on a cast iron base 11. For simplicity, the mounting is assumed to be vertical, but the circuit breaker can be mounted in any position. A cover 12 constitutes one of the electrical connections of the circuit breaker indicated schematically at 13, the other connection taking place at 14 at the cast iron base. A flange 15 of the base is used for connection to a source of compressed air, not shown in the drawing.
The circuit breaker comprises a first main contact part 16, tubular and fixed, which forms part of the cover 12, and a second movable main contact part 17 comprising a tubular part 18 subdivided at its upper end by a series of longitudinal cutouts for form contact fingers 19, pushed inwards by circular springs 20. In the closed position of the circuit breaker, as shown in FIG. 1, the upper ends of the internal surfaces of the contact fingers 19 engage with a corresponding contact surface 16a at the periphery of the part 16.
Other contact fingers 21 integral with the cast iron base 11 and pushed outwards by a spring 22 provide the electrical connection between the movable contact piece 17 and the cast iron base.
The movable contact piece 17 can slide in a limited way in the cast iron base 11, the sliding being controlled by the selective admission of compressed air to the upper face or to the lower face of a piston 23 integral with the lower end of the tubular part 18. An annular plate 24 integral with the movable contact piece 17 cooperates with an annular seat 25 to form an injection valve controlling the admission of compressed air into an annular passage 26 limited by the internal surface of the insulator 10 and the external surface of the movable contact piece 17.
The movable contact piece 17 also comprises an auxiliary contact piece 27 mounted in the tubular space defined by the contact fingers 19 of the movable contact piece and capable of limited sliding movement relative to this piece. A spring 28 presses the part 27 against a corresponding interior contact surface 16b of the contact part 16, when the circuit breaker is in the closed position.
The movement of the part 27 relative to the movable contact part 18 can be controlled by the admission of compressed air into a cylinder 29 formed in the movable contact part and in which a piston 30 integral with the part 27 can slide. .
In the absence of a jet of compressed air in the cylinders which control the movement of the moving parts, the contacts are pressed against each other by springs 31 housed in part 18 of the main contact part 17. In these conditions, the annular plate 24 presses against its seat 25.
The cover 12 carries, in addition to the fixed contact piece 16 and its spark arrester 32, an exhaust valve 33 which is normally pushed by a spring 34 into the open position shown in FIG. 1, but can move to cooperate with an annular seat 35 so as to close an annular exhaust passage 36 leading to the outer atmosphere. A delay valve 37 controls the movement of the exhaust valve 33, as will be explained later, according to the variation of the air pressure in the annular space 26 which surrounds the contacts of the circuit breaker.
The operation of the circuit breaker is best explained by considering the cycle of tripping and closing operations. Fig. 1 represents the circuit breaker in the ON state; the current circuit through the circuit breaker is established by the engagement of the contact fingers 19 with the external contact surface 16a of the contact piece 16, the injection valve 24, 25 being closed and the valve of exhaust 33 open. Compressed air from the source connected to the flange 15 fills a space 38 below the injection valve 24, 25.
This air pressure against this valve has the effect of increasing the thrust of the springs 31 on the part 18; to compensate to a certain extent the effect of this pressure, compressed air is also injected, through a passage 39, on the upper face of the piston 23, the surface of which is slightly less than that of the annular plate 24. In In this state, the interior of the tubular part 18 and the cylinder of the piston 30 of the auxiliary contact piece communicate with the atmosphere through passages 40 and 41, respectively, while another passage 42 connects to the atmosphere at lower part of a cylinder 43 in which the udder 23 slides.
Although the passages 39, 40, 41 and 42 are shown in the figure as emerging from the outer face of the cast iron base 11, from where they are connected to a set of valves for the intake of compressed air or its escape into the atmosphere, this is only done to facilitate explanations, when in reality this set of valves can be housed inside the cast iron base 11.
An operation of opening the circuit breaker begins with the opening of a valve for supplying compressed air through the passage 41 on the underside of the piston 30, which has the effect of increasing the action of the spring 28 by exerting pressure between the auxiliary contact piece 27 and the interior surface 16b of the fixed contact piece and, by its reaction on the movable tubular part 18, to increase the pressure exerted by the springs 31 and the effect of the unbalanced pressure on the injection valve 24, 25, so that the part 18 moves downwards.
A sliding connection 44 in the passage 41 makes it possible to maintain the air admission to the cylinder 29 during this movement. As soon as the movement of the movable contact piece 17 moves the annular plate 24 away from its seat 25, the free pressure imbalance across the injection valve is eliminated, so that the movement of the movable contact piece is accelerated.
During this initial movement of the movable contact piece 17, the contact fingers 19 are withdrawn from the contact piece 16 and move inwards, by the effect of the springs 20, so as to embrace and establish the contact with the cylindrical surface of the auxiliary part 27 to which the current passing through the switch is then transferred. The pressure difference across the part 27, together with the air pressure in the cylinder 29 and the action of the spring 28, keep the auxiliary contact piece 27 firmly pressed against the stationary contact piece 16 during this portion of. the operation.
The movement of the movable contact piece 17 continues and the contact piece 27 reaches the limit of its stroke relative to it. When the movable contact piece 17 continues to move, it then drives with it the auxiliary contact piece 27, which has the effect of moving the latter away from the fixed contact piece and allowing the air jet tablet to pass completely through the circuit breaker; when the movable contact part has completed its movement, the parts occupy the positions shown in FIG. 2. The movement of the parts can be damped by the action of the piston 23 in its cylinder 43 and of the piston 30 in its cylinder 29.
During this part of the operation, an arc arises between the auxiliary contact piece 27 and the fixed contact piece 16, then is transferred to the spark arrester rod 32 inside the fixed contact piece by the jet of water. gas which flows through the open injection valve and escapes into the atmosphere through the bore of the fixed contact piece and the open exhaust valve 33. As a result of the opening of the injection valve 24 and the subsequent filling of the interior of the isolator 10 with pressurized air, the delay valve 37 receives air through a passage 45.
After an interval long enough to ensure the extinction of the arc between the contacts, this delay valve brings compressed air to the upper face of a piston 46 integral with the exhaust valve 33, which causes closing this valve. Finally, the passage 41 is connected to the atmosphere and the auxiliary contact piece 27 moves under the action of the air pressure in the passage 26 acting on the upper face of the piston 30, in the retracted position which 'indicates fig. 3. This results in a spacing between the contact parts which allows a suitable dielectric strength, even at atmospheric pressure, without it being necessary to provide a series switch or separate isolation. The interior of the insulator 10 remains filled with pressurized air.
To return the circuit breaker to the closed position, compressed air is applied simultaneously to cylinder 29 through passage 41, to the lower end of cylinder 43 through passage 42 and to the underside of piston 46 of the valve. exhaust through a passage not shown in the drawing. The auxiliary contact piece 27 is thus returned to the position indicated in FIG. 2, emerging from the tube defined by the contact fingers 19; the exhaust valve 33 is opened to allow the passage of a jet of air through the circuit breaker, tan saying that the movable contact piece 17 begins to move entirely towards its closed position.
As soon as the part 27 touches the interior surface 16b of the fixed contact 16, it acts as a valve to interrupt the air jet. The resulting air pressure then acts in the annular space 26 which surrounds the contact pieces, which has the effect of pressing the piece 27 firmly against the contact surface 16b of the fixed contact piece. As the movement of the movable contact piece 17 continues, the contact fingers 19 touch the outer surface 16a of the stationary contact piece and disengage from the piece 27, thereby transferring current to the surfaces of the contact pieces. main. Finally, the annular plate 24 comes to rest against its seat 25, which eliminates the intake of air inside the insulator.
The air therein can escape through a step 47 which communicates with the interior of the fixed contact piece 16 and, from there, to the atmosphere, since the exhaust valve 33 remains opened.
If the circuit is energized, an arc may spring between the auxiliary part 27 and the fixed part 16, when these parts come together. The presence of the air jet through the switch ensures that this arc is immediately entrained in the part 16 and transferred to the spark arrester rod 32, in the same way as during an opening operation. The transfer of current from the auxiliary part to the contact fingers 19 of the movable contact part 17, which press against a different contact surface <I> 16a </I> of the fixed part, results in the main surfaces conducting current are not affected by arcing during opening and closing operations.
Fig. 4 is an enlarged view of the contact parts of the circuit breaker. It shows that the part 27 is constituted by a body 48, a spark arrester 49 and an annular spark arrester face 50. Likewise, the interior of the fixed contact part comprises a spark arrester ring 51. When an arc is formed between these parts during an opening or closing operation, only the first discharge passes through the outer spark arresting surface 50 and the ring 51 of the stationary contact part.
The arc is immediately transferred to the central part 49 and to the spark arrester 32 of the fixed contact piece, where it remains until it is extinguished when the current crosses zero.
Fig. 4 further shows that, at the relative positions of the contact pieces during the formation of the arc, the profile of the movable contact piece, free from sudden discontinuities, is such that the intensity of the electric field between the contact pieces does not increase in an inadmissible manner. In addition, the flow of compressed air along the contact surfaces reaches the interior of the fixed contact part 16 as indicated by the arrows, without noticeable turbulence.
Fig. 5 shows a detail of a variant com carrying two elementary circuit breakers 52 mounted in opposition on a common cast iron base 53. Each elementary circuit breaker 52 is analogous to the circuit breaker represented by FIGS. 1 to 3, but the injection valves 24 of these figures are replaced by a single slide valve 54 which closes the compressed air inlet into the cast iron base 53. This makes it possible to reduce the length of the circuit breaker, comparatively. to that of the circuit breaker shown in fig. 1 to 3, and thus achieve a very marked reduction in the length of the assembly of the two circuit breakers.
The control of this circuit breaker is more complex, because the injection valve 54 must be opened and closed in synchronism with the movements of the contact parts; furthermore, the pressure imbalance across the injection valve 24 of FIGS. 1 to 3 can no longer be used to facilitate the control of the movements of the contact parts.
The injection valve 54 is controlled by the admission of compressed air into a cylinder 55 which slides an annular piston 56 arranged at the end of the valve. The annular face of the valve cooperates with an annular seat 57 in the cast iron base, this seat being slightly recessed, in order to protect it against the air jet. A deflector 58 contributes to the free flow of air to the contact parts when the injection valve is open.
Another arrangement of the contact parts, which can be substituted for the arrangements shown in FIG. 4, is shown in fig. 6 and 7 which show a second variant. This comprises a first contact piece 60 and a second contact piece 61. In a construction similar to that shown in FIGS. 1 to 3, the contact piece 60 would be fixed, while the second contact piece 61 would be mobile; this arrangement can of course be modified when applying to other constructions of the arrangement of the contact parts indicated by FIGS. 6 and 7.
The contact piece 60 is provided with a spark arrester ring 62, fixed in its opening, as well as a series of at least three contact fingers 63 arranged around the piece 60, outside the spark arrester ring 62. These contact fingers have an L-shaped section, one of the branches of the L forming a contact surface intended to engage with a corresponding contact surface of the second contact piece 61, l 'other branch used to house the contact finger in the part 60.
This other branch ends with a widened part 63a of a partially cylindrical section, which is housed in a corresponding groove 60a of the part 60, so that the part 60 has a series of grooves of cylindrical section, connected or separated. The surfaces of the grooves 60a and of the end part 63a of the contact finger can thus slide one over the other and allow the contact finger 63 to move under the action of springs 64. The large contact surface obtained in this way, the risk of sticking between the sliding contact surfaces is reduced.
A lip at the end of the lower branch of the contact finger 63 engages the edge of the spark arrester ring 62, in order to limit the movement of the contact finger.
The contact piece 60 is further provided with a central spark arrester 65.
The second contact piece 61 includes a cylindrical main part 66, while an auxiliary contact piece 67 can slide in the end of the main part 66, between positions in which it is at least partially retracted to the point of view. interior of the second main room, as shown in fig. 6, while it can also emerge from it as shown in fig. 7,
to achieve a contact surface of a shape such that the intensity of the electric field between the main contact pieces 60 and 61 nowhere exhibits an unacceptable high value and that no local turbulence of the jet results therefrom. 'air.
The main contact piece 66 ends with an annular surface 66a arranged so as to abut against the contact fingers 63 of the contact piece 60, the contact pressure being supplied by the springs 64.
The auxiliary contact part 67 is provided with a ring 68 which comes to bear against the spark arrester ring 62 of the contact part 60 and against the central spark arrester part 69, in the closed position. A good electrical connection between the main contact piece 66 and the auxiliary contact piece 67 is obtained by means of contact tabs and springs 70 arranged between the two contact pieces. The displacement of the contact piece 67 relative to the main contact piece 66 is obtained by supplying compressed air through a passage 71 to the underside of the piece 67 and by connecting this passage with the atmosphere.
In addition, it is possible to use springs, not shown in the drawing.
Any arc which forms during the operation springs between the spark arrester rings 62 and 68, but is transported by the air jet into the first main contact piece and is established between the rod 65 and the central piece 69.
The embodiment shown in FIGS. 8 and 9 is similar to that shown in FIGS. 1 to 3, but it has some other peculiarities and works quite differently.
This embodiment comprises a hollow insulator 80 mounted vertically, but which can be mounted at any other angle, on a cast iron base 81 and surmounted by a cover 82; the base and the cover form the electrical connections of the circuit breaker, as shown schematically at 83 and 84. The cast iron base 81 is provided with a flange 85 for connection to a compressed air supply and which is in permanent communication with the inside of the insulator 80.
The circuit breaker comprises a movable contact part 88 and a fixed contact part 89 consisting essentially of a tubular part 90 supported by the cast iron base 81, of which it can be solid, and penetrating into the insulator 80. At its end mity upper, this part 90 is divided by a series of longitudinal cutouts, so as to form a series of three contact fingers 91 or more, which are urged by circular springs 92 and, if necessary, by their own elasticity, towards the end. inside the tube that they define.
An auxiliary contact piece 93 is mounted inside the contact fingers 91, so as to be able to move slightly between the position where its apex is approximately in line with the ends of the contact fingers 91, as indicated. fig. 8, and the position where it emerges from the contact fingers, as shown in fig. 9. A guide piece 94, terminated by a piston 95, is mounted on part 90 by means of a boss 96; the piston 95, which slides in the cylinder 97 formed in the contact piece 93, serves both to guide and to control the movement of this piece.
A passage 98 which opens to the upper surface of the piston 95 is normally supplied with compressed air, but can be connected to the atmosphere. A spring 99 pushes the part 93 outwards from the part 90.
The contact piece 88 can slide longitudinally in a support tube 100, which is an extension of a piece 101 connecting the cover to the insulator. The lower end of the support tube 100 is subdivided in the same way as the part 90 to form a series of three or more contact fingers 102, urged inward by circular springs 103. Arms 104 connect the contact piece 88 with a piston rod 105 which carries at its upper end a piston 106 sliding in a cylinder 107, housed in a cylindrical block 108 of the cover. The lower end of the piston rod 105 extends downward to form a spark arrester rod 109 of the contact piece 88.
The choice of part 88 as the main moving contact of the circuit breaker simplifies the connections required to the control cylinder of the auxiliary contact part; moreover, the operation of the circuit breaker then requires only the displacement of the lighter and simpler of the two contact parts.
A liner 110 is disposed between the periphery of the piston 106 and the wall of the cylinder 107; it coo father with a series of openings formed in the wall of the cylinder, to control the movement of the udder, as explained below. An annular piston <B> 111 </B> at the top of the liner 110 controls the movement of the latter which is pushed upwards by springs 112 at its lower end.
A pressure spring 113 pushes the contact piece 88 downwards, to engage it with the lower contact piece.
The interior of the part 88 communicates with the atmosphere through an annular passage 114. An annular exhaust valve <B> 115, </B> sliding in a housing of the cylindrical block 108 of the cover, can cooperate with an annular seat. 116 housed in the part 101 connecting the cover to the insulator, to close the passage 114, a spring 117 acting in the closing direction. An annular piston 118 at the top of the exhaust valve 115 slides in a cylinder 119, into which compressed air can be supplied to control the movement of this valve.
The valve clearance by which the supply of compressed air to the various cylinders is controlled is not shown in the drawing, but it can be of any suitable shape and located either in the body of the circuit breaker or outside. The operation of the circuit breaker will now be described considering a tripping and closing cycle.
In the closed position of the circuit breaker, as shown in fig. 8, the inner surfaces of the contact fingers 91 of the lower main contact piece 89 are engaged with a corresponding outer surface 88a of the upper main contact piece 88. In this position, the contact fingers 91 are spaced apart so that 'they do not press against the outer periphery of the auxiliary contact piece 93, the circuit through the circuit breaker being established only by the contact fingers 91 and their contact surfaces touching the contact piece 88.
The part 93 is however pushed upwards by its spring 99, so that the spark arrester ring 120 placed on its surface touches the corresponding spark arrester ring 121 disposed in the opening of the contact part 88.
Before the start of the opening operation, the exhaust valve 115 is closed and the jacket valve 110 is in its upper position. The insulator 80 contains air under pressure.
To initiate an operation of opening the circuit breaker, compressed air is brought by a wise step 129 to the underside of the piston 118 of the exhaust valve. Since the upper face of this piston is in constant communication with the atmosphere, as has been indicated, the force of the closing spring 117 of the exhaust valve is overcome, so that this valve opens.
The interior of the contact piece 88 thus communicates with the atmosphere, while the contact surfaces of this contact piece 88 and of the piece 93, which touch each other, act as a valve to prevent compressed air. penetrates inside the part 88, this pressure difference contributing to increase the contact pressure between the auxiliary part 93 and the part 88. This increased pressure is sufficient to overcome the force exerted by the pressure spring 113 and to force part 88 to move slightly upwards.
This allows compressed air to pass from the annular space 122 surrounding the contact pieces to the underside of piston 106 of part 88, through passage 123 going to cylinder block 108 of the cover and through the opening. 124 of the plug 110, which has the effect of accelerating the upward movement of the contact piece 88. The air located above the piston 106 in the cylinder 107 escapes in part through an opening 126 and in part through another opening 127 of the sleeve 110.
On moving upward, the contact piece 88 separates from the contact fingers 91 of the lower contact piece 90, which move inward to transfer current to the auxiliary piece 93, which remains pressed against the piece. 88 by the combined action of the spring 99 and the difference in air pressure across the contact parts. When the part 93 reaches the end of its stroke, relative to the contact part 90, defined by the movement of the piston 95 in its cylinder 97, the contact surfaces of the part 93 and of the part 88 are separated and, if the circuit breaker is traversed by a current, an arc spouts out between these surfaces.
The separation of the contact surfaces, however, allowed a jet of gas to pass between them and to enter the interior of the part 88, then to escape into the atmosphere through the open valve 115. The arc is thus entrained in the part 88 and transferred to the spark arrester rod 109 of this part and to the central spark arrester part 128 of the auxiliary part 93. Only the initial discharge is therefore supported by the spark arrester rings. 120 and 121 of the two contact pieces, and all the arcing products are entrained in the piece 88 and, from there, into the atmosphere.
When the piston 106 approaches the end of its stroke, its periphery closes the opening 127 of the sleeve 110; the resulting reduction of air exhaust from cylinder 107 dampens movement of part 88.
The state of the circuit breaker when the moving contact part reaches the limit of its travel is shown in fi g. 9, which shows that the profile of the combined surfaces of the part 93 and of the contact fingers 91 does not present any discontinuities which would risk increasing the electrical stress in the space between the contact parts to an undesirable extent, and could result in local turbulence of the air flow passing between the contact parts.
Shortly after the start of the opening operation, when the arc formed between the contact parts has been extinguished, a delay valve (not shown in the drawings) connects the underside of the piston 118 of the exhaust valve. with the atmosphere through the passage 129, then the exhaust valve closes under the action of the spring 117. As a result, the gas jet through the circuit breaker ceases.
At the same time, the passage 98 leading to the upper face of the control piston 95 is connected to the atmosphere and the air pressure exerted on the part 93 forces it to retract into the contact fingers 91, which increases. enough space between opposing contact surfaces of the circuit breaker to achieve adequate electrical isolation, without the aid of a separate series isolation switch. The entire interior of the insulator 80 remains filled with pressurized air, so that the dielectric strength of the medium comprised between the opposing contact surfaces is kept high.
In this state of the circuit breaker, it should be noted that the exhaust valve 115 is closed, as shown in fig. 8, so that the air pressure in the isolator 80 exerts a differential effect on the valve 115, which is thus closed even more forcefully. This results from the difference in the diameters of the annular seat 116 of the closing valve and of the toroidal seal 130, which prevents any air leakage from the inside of the insulator, even if the pressure spring 117 fails. .
The seat 116 of the exhaust valve is housed in a groove in the bottom wall of the annular exhaust passage 114; therefore, its surface is protected against hot gases and arcing products which circulate nearby during the operation of the circuit breaker.
These features of the exhaust valve and its seat are also applicable to the exhaust valve of the circuit breakers shown in FIGS. 1, 2, 3 and 5.
To initiate a circuit breaker closing operation, compressed air is admitted through the wise passage 98 to the upper face of the piston 95, which returns the part 93 to its projecting position with respect to the contact fingers 91. At the same time, the exhaust valve 115 is opened by the action of the air pressure applied to the underside of the piston 118. A jet of air begins to flow through the circuit breaker, which is then in. the state shown in fig. 9.
At the same time, air is admitted through the passage 131 to the upper face of the piston 111 at the top of the jacket 110, forcing the latter to its lower position, which allows the compressed air to flow through. through the opening 132 of the plug 110, towards the upper face of the piston 106 of the part 88. As a result, the part 88 begins to move downwards, the air being under its udder escaping into the atmosphere through another opening 133 at the lower end of the plug 110 and through the open exhaust passage 114.
When the contact pieces come together, a point is reached where the dielectric strength of the gap between them becomes less than the potential difference between these pieces. By virtue of the gas jet between the contact surfaces, the dielectric strength of the medium is high and the contact parts will be very close together before a discharge occurs between the spark arrester rings 120 and 121 of the two parts. The resulting arc is immediately entrained by the air jet in part 88 and transferred to central part 128 of the auxiliary part and to the spark arrester 109 of part 88. The movement of this part continuing, the spark arrestor rings 120 and 121 touch each other, which bypasses and extinguishes the arc.
Since the auxiliary part 93 is small and light, it is highly unlikely that it will bounce back, as it is pushed against part 88 by both the pressure spring 99 and the air brought under pressure to the upper face of its. piston 95. In addition, as soon as the contact surfaces touch each other, they act as a valve to interrupt the flow of air through the circuit breaker and the pressure difference across the part 93 has the effect of pressing it. even more strongly against part 88.
As the part 88 continues to move, the contact fingers 91 of the part 90 touch the contact surfaces 88a of the part 88, so that the charge current is transferred to these contact surfaces.
The closing operation being thus completed, the exhaust valve 115 can be closed by connecting the passage 129 to the atmosphere. The space 122 of the circuit breaker remains filled with compressed air.
Finally, the passage 131 is connected to the atmosphere sphere, which allows the jacket 110 to return to its upper position and to be ready for a subsequent opening operation.
The arrangements of the contact parts described with reference to the variants of FIGS. 6 and 7 for the circuit breaker shown in fig. 1 to 4 are also applicable to the circuit breaker shown in fig. 8 and 9.