Brevet FR2000805A1 — publié le 19690912

0135e/ 1 2000805 la présente invention concerne un dispositif indicateur convenant pour un interrupteur de circuit du type fonctionnant dans le vide et, en particulier, un dispositif servant à mesurer le degré de vide régnant dans un interrupteur de circuit fonc-5 tionnant dans le vide. Il est connu de mesurer le degré de vide régnant dans un interrupteur fonctionnant dans le vide en déterminant la tension requise pour établir une décharge disruptive entre les électrodes séparées de l'interrupteur. Ce processus n'est pas assez précis 10 pour mesurer un vide de l'ordre de 10"*^ mm de Hg ou moins, dans lequel l'interrupteur suivant l'invention doit travailler. Par exemple, la tension de rupture est essentiellement indépendante de la pression pour des pressions inférieures à 10"^ mm de Hg et pour des intervalles de formation d'arc ayant une longueur de 15 l'ordre de celle des intervalles prévus pour les interrupteurs suivant l'invention, par exemple de l'ordre de 4,2 mm ou plus. le brevet américain n° 2 864 998 décrit un système dans lequel une alimentation de courait continu est connectée à l'interrupteur, entre ses deux électrodes principales espacées, cette 20 alimentation étant susceptible de produire un courant d'électrons entre les deux électrodes. Les électrons émis par l'électrode principale chargée négativement entrent en collision avec les molécules de gaz contenues dans l'interrupteur et ces collisions produisent des ions positifs à une allure dépendant de la pression 25 réglant dans l'interrupteur. Le blindage de l'interrupteur est maintenu à un potentiel négatif par rapport à l'électrode principale chargée négativement et, par conséquent, elle se comporte comme un collecteur pour les ions positifs foxmés à l'intérieur de l'interrupteur. Un circuit extérieur connecte le blindage et 30 l'électrode chargée négativement et un courant d'ions positifs circule dans ce circuit à une vitesse dépendant de la vitesse à laquelle le blindage recueille les ions positifs. Ainsi, en mesurant ce courant d'ions positifs, on peut obtenir une indication de la pression régnant dans l'interrupteur. 35 "On inconvénient du processus décrit dans le brevet améri cain n° 2 964 998 est qu'un contrôle continu de la pression régnant dans le boîtier de l'interrupteur n'est pas possible et que l'interrupteur doit être déconnecté du circuit principal. 69 01359 2 2000805 L'invention a pour but de procurer un système simple, précis et peu coûteux pour mesurer le degré de vide régnant dans un interrupteur de circuit fonctionnant dans le vide et ainsi, sa capacité de rupture. Il faut savoir si le vide régnant dans un 5 interrupteur fonctionnant dans le vide est suffisant pour qu'il puisse interrompre avec succès un courant de défaut d'une intensité et d'une tension correspondant à ses valeurs nominales. Les expériences montrent que lorsque la pression dans 1'interrupteur est supérieurè à 10"*^ torr, l'interrupteur fonctionnant dans le 10 vide peut ne pas interrompre un courant de défaut d'une intensité et d'une tension correspondant à ses valeurs nominales. Gela étant, un indicateur (visuel ou audible) est nécessaire pour avertir lorsque la pression dépasse 10"*^ torr. On peut utiliser les caractéristiques de la tension de rupture électrique 15 par rapport à la pression comme détecteur pour l'indicateur de pression. On peut utiliser des éléments supplémentaires ou des éléments existants pour les détecteurs, comme décrit dans la présente invention. L'invention a également pour but de procurer un système de 20 mesure de la pression servant à déterminer l'intégrité d'un interrupteur de circuit de type fonctionnant dans le vide ou son pouvoir de rupture, d'une manière continue, même pendant que les contacts de l'interrupteur sont fermés et commandent le circuit connecté. 25 L'invention a encore pour but de procurer un système de mesure de la pression perfectionné dans lequel une indication soit facilement visible ou audible à l'extérieur du boîtier de l'appareil, sous la forme d'une lampe témoin ou d'une sonnerie, afin que le personnel puisse facilement déterminer si l'appareil est 30 en bon état de marche et s'il reste capable de déconnecter le circuit. L'invention comprend un dispositif indicateur pour un interrupteur de circuit du type fonctionnant dans le vide comprenant une chambre sous vide qui contient deux contacts séparables et un 35 élément conducteur supporté de manière isolante par rapport aux contacts, des circuits étant prévus pour imposer une tension relativement élevée entre l'élément conducteur et un des contacts afin d'induire le passage d'un courant si de mauvaises conditions de vide régnent dans la chambre et un dispositif 69 01359 j 2000805 détecteur sensible à la valeur du courant passant dans les circuits afin d'indiquer continuellement l'état du vide qui règne dans la chambre. l'invention sera décrite ci-après à titre d'exemple avec 5 référence aux dessins annexés dans lesquels : - la fig. 1 est une vue schématique d'un interrupteur de circuit triphasé du type fonctionnant dans le vide équipé d'un système de mesure de la pression dans lequel on utilise un système optique à fibres de verre pour transmettre la lumière visible tO produite dans des lampes au néon, au boîtier métallique extérieur mis à la terre de l'appareil, les contacts d'interrupteur étant représentés en position d'ouverture du circuit ; — la fig. 2 est une vue schématique d'un interrupteur de circuit triphasé semblable à celui représenté à la fig. 1 mais 15 maintenant une borne des lampes au néon au potentiel terrestre de sorte qu'une optique isolante n'est plus nécessaire, les électrodes de 1'interrupteur étant à nouveau représentées en position d* ouverture du circuit ; «• la fig. 3 est une vue schématique d'un interrupteur- 20 -variante dans lequel une électrode auxiliaire supplémentaire est introduite dans l'enveloppe à vide et prend la place du blindage flottant pour mesurer la pression, le circuit de mesure extérieur étant le même que dans les réalisations représentées aux fig» 1 et 2 et les contacts séparables étant à nouveau re- 25 présentés en position d'ouverture du. circuit ; — la fig. 4 est une vue schématique d'une variante de circuit de mesure comprenant un transformateur élévateur de tension servant à imposer une tension relativement élevée entre le blindage condenseur et une des électrodes, la lampe au néon étant, 30 dans ce cas-ci, branchée dans la partie basse tension du transformateur élévateur de tension ; - la fig. 5 est une vue schématique d'un autre type de syàème de mesure de la pression destiné à un commutateur à prises triphasé qui comprend un transformateur élévateur de tension eom- 35 portant trois enroulements secondaires à haute tension destinés à fournir la haute tension nécessaire pour les trois interrupteurs fonctionnant dans le vide, et 69 01359 4 2000805 - la fig. 6 est un graphique d*étalonnage montrant la tension de rupture en regard de la pression pour un interrupteur de circuit industriel fonctionnant dans le vide, du type G-.E. PV-01. 5 La fig. 1 représente un interrupteur de circuit triphasé du type fonctionnant dans le vide, désigné par la référence 1 et comprenant trois interrupteurs proprement dits fonctionnant dans le vide 2, 3, et 4. Chaque interrupteur fonctionnant dans le vide comprend une enveloppe étanche au vide 5 comprenant un boîtier 10 isolant en matière isolante et deux chapeaux d'extrémité métalliques 6 et 7 qui obturent les extrémités du boîtier 5. Des joints d'étanchéité appropriés sont prévus entre les chapeaux d'extrémité 6, 7 et le boîtier 5 pour rendre l'enveloppe étanche au-vide. Deux électrodes séparables ou contacts à broches 9, 10 sont pla-15 cés dans l'enveloppe 5 et sont représentés en position d * ouverture du circuit. Oes électrodes 9» 10 sont faites d'une matière conductrice appropriée, telle que du cuivre ou du molybdène. L'électrode 9 est une électrode immobile unie au chapeau d'extrémité supérieur 6, tandis que l'électrode 10 est une électrode 20 mobile montée de manière à pouvoir se déplacer verticalement et traversant une ouverture 7a ménagée dans le chapeau d'extrémité inférieur 7. Un soufflet métallique flexible 11 intercalé entre le chapeau d'extrémité 7 et l'électrode mobile 10 assure l'étan-chéité autour de l'électrode mobile et permet tin mouvement 25 d'ouverture et de fermeture de cette électrode sans altérer le vide régnant à l'intérieur de l'interrupteur. Le soufflet 11 établit également une liaison conductrice entre l'électrode mobile 10 et le chapeau d'extrémité 7. Un dispositif d'actionnement approprié (non représenté) 30 est couplé à l'extrémité de l'électrode mobile 10 pour l'entraîner en contact avec une autre électrode 9 afin de fermer l'interrupteur et pour renvoyer l'électrode mobile 10 vers sa position d'ouverture afin d'ouvrir le circuit connecté. Lorsque 1'électrode mobile 10 est entraînée vers sa posi-35 tion d'ouverture à partir de sa position de fermeture pour ouvrir-l'interrupteur, un intervalle d'interruption du circuit ou de formation d'arc 13 est établi entre les extrémités voisines des électrodes 9» 10 et l'arc produit, bien que rapidement éteint, vaporise une certaine quantité de métal des électrodes 9, 10. 69 01359 5 2000805 Afin d*empêcher cette vapeur métallique de se condenser sur les parois isolantes internes 5a du boîtier 5, il est prévu un blindage métallique 14-de forme générale tabulaire, ce blindage s*étendant tout le long du boîtier isolant 5 sur des distances 5 appréciables de part et d'autre de l'intervalle 13 entre les électrodes 9, 10. Sur la fig. 1, toutes les connexions électriques externes prévues entre les différents éléments de l'interrupteur sont destinées à mesurer le degré de vide régnant à l'intérieur de l'enveloppe 5, comme décrit plus en détail plus loin. Il est 10 à remarquer que, lorsque l'interrupteur est en service, ces connexions ne sont pas supprimées et que, dans ces conditions, la pression peut être contrôlée en continu pendant que 11interrupteur est en fonctionnement. Bien entendu, le blindage condenseur 14 est isolé électri-15 quement des deux électrodes séparables 9, 10, D'une manière plus détaillée, cette isolation électrique est obtenue dans l'interrupteur décrit en utilisant l'enveloppe isolante 5 comme élément de support pour le blindage 14. Sous ce rapport, l'enveloppe isolante 5 est formée de deux tubes coaxiaux en verre ou en 20 céramique 5b, 5j£ reliés par une jonction céramique-métal ou verre--métal qui comprend des disques métalliques appropriés 16 soudés entre les extrémités voisines des tubes 5b, 5c. A sa périphérie interne, le disque 16 est uni de manière appropriée, par exemple par soudage au blindage condenseur tubulaire 14 et supporte ainsi 25 le blindage 14 sur l'enveloppe isolante 5. la périphérie externe du disque 16 s'étend de préférence radialement vers l'extérieur légèrement au-delà de la périphérie externe de l'enveloppe 5, comme indiqué en 16a. lorsqu'un arc est établi entre les deux électrodes sépara-30 bles principales 9 et 10, les particules de vapeur métalligues libérées par les électrodes soumises à l'action de l'arc, se déplacent vers l'extérieur à partir de l'intervalle de formation d'arc 13. le blindage condenseur 14, qui entoure l'intervalle de formation d'arc 13, procure des surfaces métalliques qui inter-35 ceptent et condensent ces particules de vapeur avant qu'elles puissent atteindre l'enveloppe 5a. Le blindage condenseur flottant 14 sert donc à empêcher l'accumulation de revêtements métalliques izxlésirables sur la paroi isolante interne 5a de l'enveloppe 5. 69 01359 6 2000805 Le pouvoir d'interruption d'ouverture du circuit de l'interrupteur 1 fonctionnant dans le vide, dépend dans une large mesure , du fait que la pression dans l'enveloppe 5 est inférieure à environ 10~^ mm de Hg. Pour fournir une indication 5 sûre et continue si la pression est inférieure à ce niveau, une tension alternative "V" est établie à l'une des électrodes 9 et au blindage condenseur flottant 14. Le courant de rupture est indiqué par un moyen visuel, tel qu'une lampe, ou un moyen audible, tel qu'une sonnerie, ou actionne un relais en vue de fournir une 10 indication à distance. La tension nécessaire "7" peut être fournie par l'alimentation triphasée ligne-ligne ou ligne-neutre de l'interrupteur 1 « Si le circuit ne fournit pas la valeur correcte (élévateur) de la tension, un transformateur/ ou abaisseur de tension peut etre utilisé. 15 La fig. 1 représente un circuit 18 pour un système indi cateur 19 utilisant des lampes au néon 21 pour indiquer le courant de rupture» Dans ce cas-ci, une source de tension triphasée est représentée ; cependant, le circuit peut être modifié. Sur la fig. 1, la source de tension utilise la tension ligne-ligne "7" 20 et la lampe au néon 21 est à un potentiel élevé au-dessus du potentiel terrestre. Des optiques en fibres ou conduits de lumière 23 sont intercalés entre la lampe au néon 21 et l'enceinte ou le boîtier métallique extérieur mis à la terre 25 de l'interrupteur de circuit 1. Ceci donne l'isolation électrique nécessaire et per-25 met à un observateur, tel qu'un opérateur qui se tient à l'extérieur de l'enceinte du boîtier 25, de voir la lumière visible provenant de la lampe au néon 21. Une résistance 27 limite le courant de rupture et une autre résistance 29 branchée sur la lampe au néon 21 produit la tension d'amorçage nécessaire pour 30 la lampe au néon 21. La fig. 2 utilise l'alimentation de tension ligne-neutre "E" pour fournir la tension et les lampes au néon 21 peuvent être montées sur le boîtier 25 de l'interrupteur, pourvu que le neutre soit au même potentiel que le boîtier 25. Cela étant, dans ce 35 cas-ci, les conduits de lumière 23 peuvent être supprimés. Dans certains cas, il peut ne pas être souhaitable d'utiliser un blindage flottant 14 comme une des électrodes pour l'essai à décharge disruptive. Dans ce cas, une autre électrode 31, fig. 3, peut être placée à l'intérieur de l'interrupteur 1a 69 01359 7 2000805 au moment de la fabrication du boîtier sous vide 5'. La tension d'essai est ensuite appliquée à une électrode 10 et à l'électrode supplémentaire 31. L'électrode supplémentaire 31 peut être une sphère, une pointe ou une plaque. L,écartement "D" des électrodes 5 7, 31 est préréglé selon la tension désirée pour la décharge dis-ruptive à des pressions supérieures à 10"^ torr. En tout cas, la distance ou écartement "D" est choisi de manière que la tension de la décharge disruptive soit plus élevée à des pressions voi-sines de 10 torr qu'à la pression atmosphérique. Cela étant, 10 le circuit indique lorsque la pression "Pn est comprise entre une valeur supérieure à 10""^ torr et au moins 1 atmosphère. Le conducteur 31a connecté à l'électrode supplémentaire peut être amené à 1*extérieur à travers la paroi en verre 5* de l'interrupteur 1a. Ceci procure l'isolation électrique requise» 15 La fig. 4 illustre une variante de l'invention utilisant un transformateur élévateur de tension 41 pour fournir une tension relativement élevée par l'intermédiaire d'une résistance 42 entre le blindage condenseur 43 et une des électrodes 44 de l'interrupteur à vide 45. Une lampe au néon 48 est montée en parallèle avec 20 une résistance 50 qui est branchée dans le circuit de basse tension 52 de 1*alimentation de tension neutre-ligne. Le fonctionnement du système de mesure modifié 58 est, en général, identique à celui décrit plus haut, à savoir que le passage d'un excédent de courant entre le blindage condenseur 43 et l'électrode 44 permet une chute 25 de tension suffisante à la traversée de la résistance de manière à allumer la lampe au néon qui indique un état de pression relativement élevé dans l'enveloppe sous vide 60. La fig. 5 montre un transformateur élévateur de tension 61 comportant trois enroulements secondaires à haute tension 62, 63 30 et 64 servant à appliquer la haute tension entre les contacts et les blindages condenseurs 14 de trois interrupteurs fonctionnant dans le vide 65, 66 et 67. Ces interrupteurs peuvent être utilisés dans un circuit de commutation à prises, non représenté, ou ils peuvent être utilisés pour commander trois circuits quelconques. 35 Pour déterminer le degré de vide dans les trois interrup teurs 65, 66 et 67, la haute tension est appliquée comme décrit plus haut avec référence à la fig. 1. Si un courant appréciable passe dans le circuit, l'enroulement secondaire concerné est court-cireuité et ce court-circuit est détecté dans le circuit primaire 69 01359 e 2000805 68 par un relais détecteur de courant 69. Ce relais 69 ouvre ses contacts 70 et désexcite le relais d'alarme 71. les contacts 72 du relais d*alarme 71 actionnent un circuit d'alarme. Il est donc possible de contrôler constamment la pression régnant dans les 5 trois interrupteurs fonctionnant dans le vide, la fig. 6 est un graphique de la tension de la décharge disruptive entre le blindage 14 et l'électrode 9 par rapport à la pression "Pw qui règne dans un interrupteur à vide 1. On a effectué en laboratoire des mesures complètes de la tension de décharge disruptive entre le 10 blindage 14 et les électrodes 9, 10 par rapport à la pression wPn de l'interrupteur G.E. PY-01 fonctionnant dans le vide, les données recueillies démontrent suffisamment que le procédé de mesure de pression décrit avec référence aux fig. 1 à 3 des dessins est possible. Une courbe de la tension de décharge disruptive (60 pé-15 riodes) par rapport à la pression pour l'interrupteur industriel précité fonctionnant dans le vide est illustrée à la fig. 6. les électrodes 9, 10 de l'interrupteur au cours des essais ont été maintenues en position de fermeture et une tension de 60 périodes a été appliquée entre le blindage 14 et les électrodes 9, 10. 20 Cette tension a été accrue à raison de 1,4 kilovolt/seconde jusqu'à ce que la décharge disruptive se soit produite. Chaque point représente la valeur moyenne de vingt essais, les points corres- —3 pondant, aux pressions WPM supérieures à 10 ^ torr ont été mesurés dans l'interrupteur G.E. PV-01 fonctionnant dans le vide à l'aide 25 d'une jauge manométrique à thermocouple. On a obtenu le point de basse pression à partir de mesures de la tension de la décharge disruptive effectuées sur un interrupteur PV-01 qui n'a pas été exposé à l'air. Cela étant, les surfaces n'ont pas été contaminées par de l'air qui influence la valeur de la tension de décharge 30 disruptive à une pression peu élevée. Il est à remarquer que si la tension de la décharge disruptive est inférieure à 20 kilovolts, l'interrupteur 1 est considéré comme mauvais tandis que si cette tension est supérieure à 20 kilovolts, l'interrupteur 1 est considéré comme bon. Il est à 35 remarquer que la pression MPn est reportée sur le graphique en tant que logarithme ^qP, où "P" est exprimé en torr. 69 01359 9 2000805 Il ressort de la description qui précède que l'on a réalisé un système de mesure de pression 19 qui indique continuellement l'intégrité d'un interrupteur de circuit fonctionnant dans le vide 1 et qui n'utilise pas d'éléments à introduire dans 5 1* enveloppe à vide 5. Le circuit supplémentaire peut être excité par les conducteurs de l'alimentation électrique eux-même, comme indiqué aux fig. 1 et 2 ou par l'intermédiaire de transformateurs élévateurs ou abaisseurs de tension. L'avantage de l'utilisation d'un transformateur abaisseur 10 ou élévateur de tension est que la lampe au néon, le dispositif d'alarme ou le relais peut être branché dans la partie basse tension du transformateur. Ceci permet donc de recourir à la basse tension pour les dispositifs indicateurs de courant. 69 01359 to 2000805 REVENDICATIONS 1. - Dispositif indicateur pour interrupteur de circuit du type fonctionnant dans le vide comprenant une chambre sous vide qui contient deux contacts à arc séparables et un élément conducteur 5 supporté de manière isolante par rapport aux contacts, caractérisé en ce que des circuits sont prévus pour imposer une tension relativement élevée entre l'élément conducteur et un des contacts afin d'induire le passage d'un courant entre eux dans de mauvaises conditions de vide régnant dans la chambre et un détecteur sensible à 10 l'importance du courant passant dans les circuits pour indiquer continuellement l'état ou le degré de vide régnant dans la chambre. 2. - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément conducteur est un blindage tubulaire espacé autour des contacts formateurs d'arc et espacé de la surface de 15 la paroi interne de l'enveloppe de l'interrupteur. 2. - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément conducteur est une électrode fixe placée à une distance prédéterminée des contacts formateurs d'arc. 4. - Dispositif suivant la revendication 2 ou 3, caracté-20 risé en ce que le détecteur est une lampe au néon connectée à une résistance en série dans le circuit, une borne de la lampe au néon étant mise à la terre. 5. - Dispositif suivant la revendication 2 ou 3» caractérisé en ce que le circuit est un transformateur élévateur de ten- 25 sion et le détecteur est une lampe au néon en parallèle avec une résistance connectée dans le primaire à basse tension du transformateur et du moteur de tension. 6. - Dispositif suivant la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que des faisceaux de fibres optiques ou des conduits de 30 lumière sont intercalés entre la lampe au néon et un boîtier enfermant les chambres, le boîtier étant mis à la terre» 7. - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tension relativement élevée est fournie par la source de tension commandée par l'inter-35 rupteur de circuit. 8. - Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'une borne de la source de tension se trouve au neutre mis à la terre d'une génératrice. 9. - Dispositif indicateur pour un interrupteur de circuit 40 du type fonctionnant dans le vide, construit et pouvant être utilisé, en substance comme décrit avec référence aux dessins annexés.