Interrupteur de courant électrique automatique. L'invention est relative aux interrupteurs automatiques de courant électrique, adaptés aux connexions à la terre servant à protéger les lignes à haute tension.
Dans ces connexions à la terre on doit toujours prévoir une solution de continuité d'un écartement tel qùe le courant- ne se dé charge à la terre qu'au-dessus d'une limite d'intensité donnée, comme par exemple lors d'un court-circuit ou d'un coup de foudre. Les bornes de cette solution de continuité sont aussi rapprochées que possible afin d'assurer une protection efficace contre les courants susceptibles de détériorer l'équipe ment de la ligne, tout en assurant une trans mission normale sans qu'il se produise de perte de courant à la terre.
Le court espacement de ces bornes fait que chaque fois qu'un arc voltaïque y est établi par un courant excessif accidentel, cet arc est maintenu par le voltage normal et, par conséquent, maintient la ligne mise à la terre, même après que l'intensité du courant a été ramenée dans les limites normales, jusqu'à ce que l'arc soit rompu. On explique ce phénomène bien connu des praticiens en disant que la résistance de l'air se trouvant entre les bornes de la solu tion de continuité est rompu parla ionisation de cet air, qui est produite chaque fois que le courant en excès établit un arc voltaïque entre .ces bornes.
La présente invention supprime cette dif ficulté en introduisant dans la connexion à la terre un interrupteur de courant électrique automatique, caractérisé par un récipient rempli d'un liquide électrolytique mis à la terre facilement vaporisable, une chambre à arc au moins partiellement submergée dans ce liquide et communiquant par- son extrémité inférieure avec ce récipient, et des moyens pour conduire le courant à l'électrolyse se trouvant dans cette chambre à arc de ma nière à faire jaillir, à allonger et à rompre un arc voltaïque entre une électrode disposée dans ladite chambre à arc et le niveau de l'électrolyte dans cette chambre.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention, et une variante de cette forme. Fig. 1 en est une coupe verticale; Fig. 2, 3 et 4 sont des coupes semblables à échelle réduite, illustrant le fonctionnement de l'appareil, et Fig. 5 est une élévation latérale de la variante.
Dans la forme d'exécution représentée aux fis. 1 à 4, la ligne électrique 1 est connectée à un culot métallique 31, monté sur un iso lateur 3. A ce culot 31 est fixée, d'une ma nière réglable, une antenne 21 comportant une partie hémisphérique 2 qui constitue l'une des bornes de la solution de continuité. L'autre borne de cette solution est formée par une même pièce hémisphérique 2, opposée par le sommet par rapport à l'autre, et à titi écartement tel qu'aucun arc ne petit les re lier lorsque la charge de la ligne est normale.
L'antenne portant cette seconde borne est reliée à, un culot métallique 61 monté à la pointe d'un second isolateur 4, constitué par deux coupoles superposées, formées au sommet d'un tube 5 en matière isolante. Ce tube plonge dans un liquide électrolytique 11, contenu dans un récipient tubulaire 10, et est porté par titi bouchon fermant le cou vercle<B>101</B> de ce récipient 10.
Une jauge 9 permet d'apprécier extérieurement le niveau à. Fintérieur du récipient 10 de l'électrolyte 1t, qui est un liquide vaporisable de faible résistance, tel que de l'eau dont la densité est réglée par le point de congélation abaissé par l'addition d'une matière appropriée telle que du sel. L'électrolyte est mis à la terre par (nie connexion 103 à travers le récipient 10, lequel est en un métal boit conducteur.
Le liquide électrolytique s'élève à l'inté rieur de la partie immergée 13 du tube 5 jusqu'en 12 en entrant par l'extrémité infé rieure ouverte de ce tube, ménageant ainsi unie chambre close d'expansion 14 à la partie supérieure du tube 5.
La connexion électrique entre le culot 61 et la surface 12 du liquide électrolytique se trouvant dans le tube 5 est établie au moyen d'un conducteur 6; qui a la forme d'un tube métallique ouvert à son extrémité supérieure et percé latéralement à l'intérieur de la cbainbre d'expansion 14 d'une lumière 71, pour empêcher une pression excessive à l'in térieur de cette chambre pendant le fonc tionnement de l'appareil. A l'extrémité infé rieure de ce tube 6 se trouve une électrode 7, normalement reliée électriquement en 12 à l'électrolyte se trouvant à l'intérieur du tube 5 (fig. 1, 2 et 4).
Cette électrode avec sa tige est de préfé rence fixée sur le culot 61 < tu moyen d'titi écrou de réglage 62 permettant de la régler de manière que soit extrémité soit normale ment à fleur du niveau 12 de l'électrolyte à l'intérieur du tube 5. Cependant l'appareil fontionne encore bien lorsque le réglage n'a pas cette précision, c'est-à-dire lorsque cette extrémité de l'électrode 7 est légèrement immergée, ou a une certaine hauteur au-des sus du niveau 12.
Le fonctionnement, qui est représenté graphiquement aux fig. 2, 3 et 4, est le suivant: Lorsqu'un courant excessif traverse la ligne 1, il établit un arc entre les deux ex trémités de la solution de continuité 2 et se décharge immédiatement à travers l'électrolyte mis à la terre. L'arc ainsi produit entre les deux demi-sphères 2 se maintient alors même que le courant à. voltage normal est établi, ce qui fait que ce dernier se perd par le parafoudre à la terre.
L'interrupteur fonctionne alors automatique ment et inimédiatementpour couper cette mise à la terre. Le contact entre l'électrode 7 et la surface 12 de l'électrolyte se trouvant à l'intérieur du tube isolant 5 concentre la chaleur dégagée par le courant de cette sur face 12 de l'électrolyte, lequel est instanta- nément transformé à l'état de vapeur.
Il se forme alors titi- arc entre l'électrode 7 et la surface 12 de l'électrolyte qui dégage de la chaleur, laquelle dilate le mélange d'air et de vapeur de telle manière que l'électrolyte est refoulé à l'intérieur du tube 5 de haut en bas, ce qui a pour effet d'allonger l'arc x (fig. 3) établi entre l'électrode 7 et le niveau de l'électrolyte à l'intérieur du tube 5 jus qu'à son point de rupture. Arrivé à ce point l'arc x se rompt et la mise à la terre est ainsi coupée.
Il serait pltïs exact de dire que la résistance combinée de l'arc aux sphères et de l'arc dans le tube 5 suffit à provoquer une interruption de la mise à la terre de l'appareil. Il est probable que la rupture de l'arc -se produit d'abord à la solution entre les sphères et ensuite seulement à l'intérieur de la chambre d'expansion 14, mais, pratiquement, ces deux phénomènes se produisent simultanément au moment de la rupture de l'arc x. Immédiatement après cette rupture de l'arc x se produit le refroidissement et la condensation du mélange d'air et de vapeur qui se trouve dans la chambre d'expansion 14,
ce qui a pour effet - sous l'action du vide ainsi produit dans cette chambre - de faire remonter le niveau 12 de l'électrolyte à l'intérieur du tube 5 jusqu'au niveau 12 (fig. 4).
L'appareil est ainsi ramené dans sa po sition initiale et se trouve ainsi prêt à fonc tionner de nouveau dans les mêmes conditions.
L'extinction rapide de l'arc x, la protec tion du tube 5 contre les dégâts que peuvent provoquer la chaleur dégagée par cet arc et le rappel immédiat de l'appareil en position de fonctionnement sont dus pour une bonne part au fait que le tube 5 est submergé et refroidi dans le liquide 11 se trouvant dans le récipient 10. La circulation de liquide due au fonctionnement de l'appareil assure une alimentation constante de liquide électroly tique froid dans le tube 13, refroidissant ainsi ce tube simultanément sur ses deux faces extérieure et intérieure, condition extrê mement favorable à une extinction rapide de l'arc x.
Dans la forme d'exécution représentée fig. 5, on utilise un seul récipient 16 pour trois interrupteurs 15, 17 semblable chacun à celui décrit ci-dessus.
Automatic electric current switch. The invention relates to automatic electric current switches, suitable for earth connections serving to protect high voltage lines.
In these connections to the earth, there must always be a solution of continuity of a gap such that the current discharges to the earth only above a given current limit, as for example during a short circuit or a lightning strike. The terminals of this continuity solution are as close together as possible in order to ensure effective protection against currents liable to damage the line equipment, while ensuring normal transmission without the occurrence of a loss of current. To the earth.
The short spacing of these terminals means that whenever a voltaic arc is established there by an accidental excessive current, this arc is maintained by the normal voltage and, therefore, keeps the line grounded, even after the amperage was brought back within normal limits until the arc was broken. This phenomenon, well known to practitioners, is explained by saying that the resistance of the air lying between the terminals of the continuity solution is broken by the ionization of this air, which is produced each time the excess current establishes a voltaic arc. between .these terminals.
The present invention overcomes this difficulty by introducing into the earth connection an automatic electric current switch, characterized by a vessel filled with an easily vaporizable earthed electrolytic liquid, an arc chamber at least partially submerged in this liquid and communicating via its lower end with this receptacle, and means for conducting the current to the electrolysis located in this arc chamber so as to cause, to extend and to break a voltaic arc between an electrode disposed in said arc chamber and the electrolyte level in this chamber.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the object of the invention, and a variant of this form. Fig. 1 is a vertical section; Fig. 2, 3 and 4 are similar sections on a reduced scale, illustrating the operation of the apparatus, and FIG. 5 is a side elevation of the variant.
In the embodiment shown in fis. 1 to 4, the electric line 1 is connected to a metal base 31, mounted on an insulator 3. To this base 31 is fixed, in an adjustable manner, an antenna 21 comprising a hemispherical part 2 which constitutes one of the continuity solution terminals. The other terminal of this solution is formed by the same hemispherical part 2, opposite at the top with respect to the other, and at a distance such that no arc can connect them when the load of the line is normal.
The antenna carrying this second terminal is connected to a metal base 61 mounted at the tip of a second insulator 4, consisting of two superimposed domes, formed at the top of a tube 5 of insulating material. This tube is immersed in an electrolytic liquid 11, contained in a tubular receptacle 10, and is carried by a titi stopper closing the cover <B> 101 </B> of this receptacle 10.
A gauge 9 makes it possible to assess the level externally. The interior of the electrolyte container 10, which is a vaporizable liquid of low resistance, such as water, the density of which is controlled by the freezing point lowered by the addition of a suitable material such as salt. The electrolyte is earthed by connection 103 through the container 10, which is of a conductive metal.
The electrolytic liquid rises inside the submerged part 13 of the tube 5 to 12 entering through the lower open end of this tube, thus leaving a united closed expansion chamber 14 at the upper part of the tube. tube 5.
The electrical connection between the base 61 and the surface 12 of the electrolytic liquid located in the tube 5 is established by means of a conductor 6; which has the form of a metal tube open at its upper end and drilled laterally inside the expansion chamber 14 with a lumen 71, to prevent excessive pressure inside this chamber during operation. operation of the appliance. At the lower end of this tube 6 is an electrode 7, normally electrically connected at 12 to the electrolyte located inside the tube 5 (fig. 1, 2 and 4).
This electrode with its rod is preferably fixed on the base 61 by means of an adjusting nut 62 allowing it to be adjusted so that either end is normally flush with the level 12 of the electrolyte inside the tube 5. However, the device still works well when the adjustment does not have this precision, that is to say when this end of the electrode 7 is slightly submerged, or has a certain height above the level. 12.
The operation, which is shown graphically in fig. 2, 3 and 4, is as follows: When an excessive current crosses line 1, it establishes an arc between the two ends of the solution of continuity 2 and immediately discharges through the grounded electrolyte. The arc thus produced between the two hemispheres 2 is maintained even though the current at. normal voltage is established, so that it is lost by the surge arrester to earth.
The switch then operates automatically and immediately to cut this earthing. The contact between the electrode 7 and the surface 12 of the electrolyte located inside the insulating tube 5 concentrates the heat given off by the current of this surface 12 of the electrolyte, which is instantly transformed into the electrolyte. 'state of vapor.
A titi-arc is then formed between the electrode 7 and the surface 12 of the electrolyte which gives off heat, which expands the mixture of air and vapor in such a way that the electrolyte is forced inside the chamber. tube 5 from top to bottom, which has the effect of lengthening the arc x (fig. 3) established between electrode 7 and the level of the electrolyte inside tube 5 to its point a break. At this point the arc x breaks and the earth is thus cut.
It would be more correct to say that the combined resistance of the arc to the spheres and the arc in the tube 5 is sufficient to cause an interruption in the grounding of the apparatus. It is probable that the rupture of the arc occurs first at the solution between the spheres and then only inside the expansion chamber 14, but, in practice, these two phenomena occur simultaneously at the time of the breaking of the arc x. Immediately after this rupture of the arc x occurs the cooling and the condensation of the mixture of air and vapor which is in the expansion chamber 14,
This has the effect - under the action of the vacuum thus produced in this chamber - of raising the level 12 of the electrolyte inside the tube 5 to level 12 (fig. 4).
The device is thus returned to its initial position and is thus ready to operate again under the same conditions.
The rapid extinction of the arc x, the protection of the tube 5 against the damage which the heat given off by this arc may cause and the immediate recall of the apparatus to the operating position are due in large part to the fact that the tube 5 is submerged and cooled in the liquid 11 located in the receptacle 10. The circulation of liquid due to the operation of the apparatus ensures a constant supply of cold electrolyte liquid in the tube 13, thus cooling this tube simultaneously on its two exterior and interior faces, an extremely favorable condition for rapid extinction of the arc x.
In the embodiment shown in fig. 5, a single receptacle 16 is used for three switches 15, 17 each similar to that described above.