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Title:
SHORT-CIRCUITER FOR HIGH DIRECT CURRENTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1979/000670
Kind Code:
A1
Abstract:
The low voltage, high direct current unipolar short-circuiter allows to isolate and disassemble anyone of the cells of a series of electrolysis cells for producing chlorine or aluminium, for example, without affecting nor interrupting the operation of the other cells. The short-circuiter according to the invention is fitted with two sets of moving contacts (26, 32) controlled by a common shaft (24) and cooperating with two current lead assemblies having a deformable part (3, 4, 16, 17) and cooled by water circulation in housings (9, 22).

Inventors:
MAUPAS B (CH)
Application Number:
PCT/CH1979/000033
Publication Date:
September 06, 1979
Filing Date:
February 28, 1979
Export Citation:
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Assignee:
FORELEC (CH)
MAUPAS B (CH)
International Classes:
H01H1/62; H01H9/38; H01H19/635; H01H33/00; (IPC1-7): H01H33/00; H01H1/62; H01H9/38; H01H21/84
Foreign References:
NL64002C1949-08-15
DE2337933A11975-02-13
FR2204859A11974-05-24
DE1913697A11969-11-06
GB1137240A1968-12-18
US2302394A1942-11-17
US3309483A1967-03-14
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Claims:
Revendications
1. Courtcircuiteur unipolaire pour cellules d'electrolyse ä gros courant continu ä basse tension, caracterise en ce qu'il co prend deux jeux de contacts mobiles cooperant avec deux groupes de deux plaques de contact fixes disposees en parallele, le tout, y compris les mecanismes d' entraϊnement des contacts mobiles, etant symetrique par rapport ä l'axe d'un arbre unique de commande des contacts mobiles, de teil sorte que cet arbre est soumis pour 1' essentiel seulement ä des efforts de torsion, chacun des groupes de deux plaques de contact fixes etant raccorde par des elements conducteur deformables ä une plaque de prise de courant pour former u ensemble conducteur qui est entoure d'une enceinte dans la quelle circule un fluide de refroidissement, les seules par ties de cet ensemble exterieures a l'enceinte etant les pla ges de contact fixes cooperant avec les contacts mobiles d'une part et la plage de contact de la plaque de prise de courant cooperant avec la plage de raccordement .de la cel¬ lule d'electrolyse interessee, ladite enceinte comportant une partie souple deformable pour permettre un deplacement de la plaque de prise de courant par rapport aux plaques de contact fixes pour compenser les imprecisions de construc tion des cellules et du courtcircuiteur.
2. Courtcircuiteur selon la revendication 1, dans lequel les deux ensembles conducteurs, avec leurs enceintes de re froidissement, ainsi que le double jeu de contacts mobiles, avec ses mecanismes et son arbre de commande, sont portes par un chässis dont ils sont electriquement isoles, ledit chassis pouvant reposer sur le sol ou bien etre suspendu par deux tourillons ä un etrier dans lequel il peut s'o rienter, 1'etrier etant luimeme suspendu ä un rail de rou lement ou ä un portique.
3. Courtcircuiteur selon la revendication 1, dans lequel 1' esu contenue dans chacune des deux enceintes de refroi¬ dissement peut, en cas d'arret de la circulation d'eau, en trer en ebullition sans surpression notable grace ä la pre sence ä la partie superieure de chacune des enceintes de refroidissement d'un clapet de decharge dont 1'Ouvertüre entraϊne, de preference, l'introduction automatique dans 1'enceinte d'une dose de produit antimousse.
4. Courtcircuiteur selon la revendication 1, dans lequel chaque contact mobile est entraϊne, par 1'intermediaire d' un ressort de compression prebande, au moyen d'un mecanis¬ me biellemanivelle attele sur une piece coulissante guidee dans deux pieces isolantes situees, l'une ä proximite du contact mobile interesse, l'autre ä proximite du jeu de con¬ tacts mobiles symetrique, ce dernier guidage etant luimeme proche du point d'attache de la bielle sur ladite piece cou¬ lissante, les manetons, portes par l'arbre de commande uni que, interessant alternativement l'un et l'autre des deux jeux de contacts mobiles, les contacts mobiles proprement dits etant isoles de leur mecanisme de commande et etant isoles entre eux, de sorte qu'aucune circulation transitoi re de courant n'est possible entre deux quelconques des contacts mobiles.
5. Courtcircuiteur selon les revendications 1 et 4, dans lequel il existe, dans chaque jeu de contacts mobiles, au moins un contact Special de coupure qui se ferme avant les autres contacts et s'ouvre apres ceuxci, ces contacts de coupure, plus larges que les contacts ordinaires, etant ac tionnes par deux biellesmanivelles et deux ressorts, plus souples et ä course d'appui bien plus longue que ceux des contacts ordinaires.
6. Courtcircuiteur selon les revendications 1 et 5* dans lequel les parties fixes et mobiles des contacts de ecupu¬ re, facilement remplagables, sont munies de plages de con¬ tact en tungstene ou en tungsteneargent, ou encore simple ment en cuivre ordinaire, adaptees aux conditions d'utili sation (courant maximal, tension de la cellule d'electro¬ lyse ä courtcircuiter, frequence de fonctionnement).
7. 7« Courtcircuiteur selon les revendications 1 et 5* cara terise par la presence au voisinage des zones de contact d contact de coupure, d'une part, de cloisons de protection destinees ä empecher les projections de gouttelettes metal liques vers des contacts ordinaires ou vers le propre meca nisme de commande du contact de coupure et, d'autre part, de degagements destines ä collecter les projections de gouttelettes bloquees ou deviees par lesdits cloisonnement lesquels sont fixes ou portes par le contact mobile de cou pure et qui sont resistants ä des projections ä haute temp rature, comme le verremelamine pour un cloisonnement iso lant entre le contact de coupure et un contact ordinaire, ou comme 1'acier pour les deux deflecteurs fixes ou mobi¬ les destines ä empecher que des gouttelettes metalliques provenant de la coupure soient projetees sur un tirant de manoeuvre du contact mobile ou la butee de reglage de la course d'ecrasement de son ressort.
8. Courtcircuiteur selon les revendications 1, 5 et 7* caracterise par la presence sur le contact mobile de coupu re de deux deflecteurs metalliques, par exemple en acier inoxydable, cooperant chacun avec un degagement menage, ä son pied, dans le contact mobile, pour servir de collecteu aux projections bloquees par ledit deflecteur, les projec¬ tions deviees par celuici trouvant place dans un degage¬ ment menage en regard du deflecteur, dans la partie fixe.
9. Courtcircuiteur selon les revendications 1 et 4, dans lequel les courses d'ecrasement des differents contacts, ä la fermeture, y compris celles du ou des contacts de cou¬ pure, ont sur chaque face du courtcircuiteur des valeurs croissant progressivement lorsqu'on s'approche du contact de coupure, pour lequel la course d'ecrasement doit tou BU E OMPI Λ jours rester la plus forte dans la limite de son usure ad missible. De la sorte, pendant une manoeuvre de coupure, le courant est concentre progressivement vers le contact de coupure, auquel peut etre accole un contact de pre coupure qui s'ouvre juste avant lui et dont les plages fi¬ xes sont demontables* ledit contact pouvant etre muni de garnitures speciales en argentoxyde de cadmium.
Description:
Court-circuiteur pour gros courants contlnus .

Dans les inställations electro-chimiques, de production de chlore par exemple, ou les inställations de raffinage elec- trolytique des metaux, il est necessaire de pouvoir mettre hors circuit l'une quelconque des nombreuses cellules de production disposees en serie pour proceder ä son entre- tien ou a son remplacement, sans arreter la production de 1'Installation.

Dans certains procedes, on utilise pour cela un section- neur-interrupteur mobile, appele court-circuiteur, suscep- tible d'etre raccorde electriquement, en position "ouvert", aux deux cellules de production encadrant la cellule ä court-circuiter. En position "ferme", le court-circuiteur supporte le courant de 1'installation et met hors Service la cellule court-circuitee qui peut etre deconnectee et enlevee sans perturber la bonne marche des autres cellules.

Le court-circuiteur possede deux plaques de prise de cou¬ rant qui sont raccordees, directement ou par 1'intermediai- re de pieces d'interconnexion, sur des plages de raccorde- ment ad hoc de chacune des cellules. Les plaques de prise de courant, qui sont generalement raccordees par boulcnnage sur les cellules, sont reliees au dispositif de court-cir- cuitage proprement dit par 1'intermediaire de parties con- ductrices deformables qui ont pour effet de compenser les

variations de geometrie des differentes cellules de produc tion, et aussi parfois de permettre un deplacement des pla ques de prise de courant vers les plages de raccordement .

Dans les modeles de court-circuiteurs pour gros courants connus, les parties conductrices sont refroidies par cir- culation d'eau cheminant dans des conduits menages dans des pieces conductrices massives ou dans des tubes brases sur les parties conductrices. Les dispositions connues sont re lativement complexes et de plus sont mal adaptees aux tres gros courants, de 100 ä 150 kA, qui sont utilises dans les cellules d'electrolyse les plus modernes.

Le court-circuiteur pour gros courants continus ä basse tension qui fait l'objet de la presente invention est ca- racterise par la presence de deux jeux de contacts mobiles cooperant avec deux groupes de deux plaques de contact fi¬ xes, le tout, y compris les mecanismes d' entrainement des contacts mobiles, etant symetrique par rapport ä l'axe de l'arbre de commande des contacts mobiles qui se trouve ain si soumis seulement ä des efforts de torsion, chacun des groupes de deux plaques de contact fixes etant raccorde pa des elements conducteurs deformables ä l'une des deux pla¬ ques de prise de courant pour constituer un ensemble entou- re d'une enceinte dans laquelle circule un fluide de re- froidissement, les seules parties dudit ensemble exterieu- res ä cette enceinte etant les plages de contact fixes co¬ operant avec les contacts mobiles, d'une part, et la plaqu de prise de courant cooperant avec la plage de raccordement de la cellule interessee d'autre part, ladite enceinte com- portant une partie souple deformable pour permettre u le- ger deplacement de la plaque de prise de courant par rap¬ port aux plaques de contact fixes pour compenser les i pre- cisions de construction des cellules.

Dans le court-circuiteur conforme ä 1'invention, les deux parties conductrices, avec leurs enceintes de refroidisse-

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ment, ainsi que le double jeu de contacts mobiles avec ses mecanismes et son arbre de commande sont portes par un chässis dont ils sont electriquement isoles, ledit chassis pouvant reposer sur le sol ou bien etre suspendu par deux tourillons ä un etrier dans lequel il peut s'orienter, l'e- trier etant lui-meme suspendu soit ä un rail de roulement par des galets, soit ä un portique.

La presence de deux enceintes entourant les deux parties conductrices du court-circuiteur, particuliere ä l'inven- tion, permet d'obtenir une surface elevee d'echange ther- mique entre les eonducteurs et le fluide de refroidissement, surface d'echange qu'il est possible d'accroϊtre, ä peu de frais, en garnissant les plaques de contact fixes d'ailet- tages metalliques baignes par le fluide de refroidissement.

Lorsque le fluide de refroidissement est de l'eau, un avan- tage des enceintes de refroidissement, conformes ä 1'inven¬ tion, est que le volume d'eau de refroidissement contenu dans le court-circuiteur est s ffisant pour qu'une reduc- tion, ou meme un arr£t temporaire de la circulation d'eau soit sans inconvenient, car 1'evacuatlon des calories pro- duites par effet Joule peut etre assuree momentanement par la Vaporisation d'une partie de cette eau, sans mettre le court-circuiteur en danger.

Dans un mode de realisation particulier du court-circuiteur conforme ä 1'invention, chaque contact mobile est entraine, par l'intermediaire d'un ressort de compression prebande, au moyen d'un mecanisme bielle-manivelle attele sur une piece coulissante guidee dans deux pieces isolantes situees, l'une ä proximite du contact mobile interesse, l'autre ä proximite du jeu de contacts mobiles symetrique, ce dernier guidage etant lui-meme proc e du point d'attache de la bielle sur ladite piece coulissante, les manetons, portes par 1'arbre de commande unique, interessant alternativement l'un et l'autre des deux jeux de contacts mobiles. Dans une

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teile realisation de 1'invention, les contacts mobiles pro- prement dits sont isoles de leur mecanisme de commande et sont isoles entre eux, de sorte qu'aucune circulation tran- sitoire de courant n'est possible entre deux quelconques des contacts mobiles.

Selon 1'invention, chacun des deux jeux de contacts mobiles comporte, de preference, au moins un contact Special de cou pure qui s'etablit avant les contacts ordiriaires et s'ouvre apres ceux-ci. La course d'appui de ces contacts de coupure appeles aussi contacts de sacrifice, est bien plus longue, lorsqu'ils sont neufs, que celle des contacts ordinaires, de sorte qu'ils peuvent s'user notablement sans que les contacts ordinaires en viennent ä fermer ou ouvrir le cou¬ rant des cellules ä court-circuiter. Dans une realisation particuliere de 1'invention, les con¬ tacts de coupure ont une largeur double de celle des con¬ tacts ordinaires et sont commandes par deux "bielles-mani- velles et deux ressorts, plus souples que le ressort uni- que des contacts ordinaires. On peut prevoir, au voisinage des zones de contact du con¬ tact de coupure, d'une part, des cloisons de protection des tihees ä empecher les projections de gouttelettes metalli¬ ques vers des contacts ordinaires ouvers le propre mecanis¬ me de commande du contact de coupure, et d'autre part, des degagements destines ä collecter les projections de goutte¬ lettes bloquees ou deviees par lesdits cloisonnements, les- quels sont fixes ou portes par le contact mobile de coupure et sont resistants ä des projections ä haute temperature, comme le verre-melamine pour un cloisonnement isolant entre le contact de coupure et un contact ordinaire, ou comme l'acier pour les deux deflecteurs fixes ou mobiles destines a empecher que des gouttelettes metalliques provenant de la coupure soient projetees sur un tirant de manoeuvre du con¬ tact mobile ou la butee de reglage de la course d'ecrase-

ment de son ressort .

Dans une realisation particuliere du contact de coupure, le contact mobile porte deux deflecteurs metalliques, par ex¬ emple en acier inoxydable, cooperant chacun avec un degage- ment menage, ä son pied, dans le contact mobile, pour ser- vir de collecteur aux projections bloquees par ledit de- flecteur, les projections deviees par celui-ci trouvant place dans un degagement menage en regard du deflecteur, dans la partie fixe. Dans un mode particulier de realisa- tion du court-circuiteur conforme ä 1'invention, des dega¬ gements sont menages dans le contact mobile de coupure, entre celui-ci et les cloisons isolantes de protection des contacts ordinaires adjacents, pour collecter les projec¬ tions metalliques provenant des coupures, sans que celles- ci nuisent au deplacement du contact mobile.

Les dessins schematiques annexes, donnes ä titre d'exemple, fönt bien comprendre 1'invention, les particularites qui ressortent tant des dessins que de la description suivante faisant, bien entendu, partie de 1'invention. La figure 1 est une vue en plan schematique, en coupe par¬ tielle, du court-circuiteur.

La figure 2 est une vue schematique en elevation du meme court-circuiteur.

Les figures 1 et 2 illustrent, schematiquement et ä titre d' exemple, une forme de realisation d'un court-circuiteur conforme ä 1'invention, dans lequel les deux plaques de prises de courant sur les plages de raccordement aux cel¬ lules sont disposees l'une dans un plan vertical, l'autre dans un plan horizontal. La figure 3 est une vue plus detaillee du mecanisme de commande des contacts mobiles de l'appareil.

Les figures 4 et 5 sont deux coupes selon deux plans per- pendiculaires entre eux d'un contact de coupure.

- - —• ..**

Le chassis qui porte les parties figurees du court-circui¬ teur, le mecanisme de commande et de contrδle de 1'arbre de manoeuvre des contacts mobiles, ainsi que les elements du circuit de refrigeration des deux enceintes dans les- quelles baignent les parties fixes actives, ne sont pas representes aux figures, toutes ces parties pouvant etre realisees avec des moyens connus en restant dans le cadre de 1'invention.

La figure 1 montre deux plaques de contact fixes 1 et 2, reliees respectivement par des conducteurs souples 3 et 4 ä une plaque de prise de courant verticale 5- Cette plaque est munie d'une collerette cylindrique 6 et d'une plage de raccordement 7 aux conducteurs souples qui est orientee verticalement, mais qui pourrait etre orientee d'une fagon quelconque par rapport ä la plaque de prise de courant pro- prement dite 5_ > sans sortir du cadre de 1'invention. La collerette 6 est reliee ä une collerette 8 du corps de 1' enceinte de refrigeration 9 V a - ~~ un manchon cylindrique souple 10, de preference en caoutchouc entoile. Les deux plaques de contact fixes 1 et 2 sont reliees entre elles par des entretoises telles que 11 et 12. Ces plaques sont munies d'ailettes telles que 13 qui accroissent la surfa¬ ce d'echange thermique avec le fluide de refroidissement.

Les deux autres plaques de contact fixes 14 et 15 sont re- liees respectivement par les conducteurs souples Iβ et 17 ä la plage de raccordement 20 d'une plaque de prise de courant horizontale 18 dont la collerette 19 est reliee ä la collerette 21 du corps 22 de 1' enceinte de refroi¬ dissement par un manchon souple 23.

On voit la trace 24 de 1'arbre de commande qui porte un maneton 25 pour entrainer un contact mobile 2β par l'iπ- termediaire d'une bielle 27 . , d'une piece coulissante ccu- dee 28 et d'un ressort de compression 29. La piece coulis¬ sante 28 est guidee dans les pieces isolantes 30 et 31-

Le mecanisme d'attaque du contact mobile 32 par l'inter- mediaire de son ressort de compression prebande 33 n'est pas represente.

La figure 2 est une coupe schematique suivant A-B du court- circuiteur represente ä la figure 1. On y voit les plaques de contact fixes 2 et 15, plusieurs contacts mobiles els que 26 avec leur ressort de compression 29, les deux en¬ ceintes de refrigeration 9 et 22, ainsi que les couples de connexions souples 3 et 4 d'une part, 16 et 17 d'autre part. La figure 3 est une vue en coupe partielle du mecanisme de commande des contacts mobiles represente schematiquement ä la figure 1. On y voit les plages de contact fixes 1 e 14 qui cooperent avec des contacts mobiles tels que _. _\ et les plaques de contact fixes 2 et 15 qui cooperent avec des con- tacts mobiles tels que le contact 2β, lequel est entraine par 1'inter ediaire du ressort de compression 9 prebande par l'ecrou 37 * la rondelle 38, la piece coudee 28, la biel- le 2.7, le maneton 2 et 1'arbre de commande 24. La bielle est attelee par l'axe 3^ sur le maneton et par l'axe 35 sur la piece 28 qui coulisse dans les pieces isolantes 30 et 1. Le contact mobile 2β est isole de la piece 28, de la ron¬ delle de butee et de reglage ~~ 6 , ainsi que du ressort 29 * par la garniture isolante 39« L contact mobile 2β porte des plages de contact 40 qui sont en argent sur les con- tacts ordinaires et qui peuvent etre en tungstene ou en alliage argent-tungstene, ou encore en cuivre ordinaire, selon les conditions d'utilisation du court-circuiteur, sur les contacts de coupure.

La garniture isolante 39 du contact mobile peut etre con- stituee de preference en trois parties, une garniture σy-• lindrique en polyfluorethylene ayant d' excellentes quali- tes de frottement et deux rondelles presentant une forte resistance ä la compression.

La figure 4 montre deux plaques de contact fixes demonta- bles 41 et 42 qui sont fixees sur les plaques d'amenee de courant 1 et 2, par des vis non representees, et qui coo¬ perent avec le contact mobile de coupure 45, lequel est ma noeuvre par un tirant 46 par 1'intermediaire d'un ecrou 47, d'une rondelle 48, de rondelles-ressorts 49, d'une rondell d'appui 50 et d'une rondelle isolante __>! . En position "ou¬ vert", le contact mobile 45 s'appuie par 1'intermediaire d'une rondelle isolante 53 sur une bague de reglage 54 qui bute sur une entretoise 55 * laquelle entoure le tirant 46 qui est isole, ä son passage dans le contact mobile, par un tube-isolant 56.

Le contact mobile porte les deux rainures 57 * dans lesquel les sont engages des deflecteurs 58 en acier, fixes par de vis et donc facilement remplacables.

En regard des deflecteurs, des degagements 59 sont destine ä collecter les projections de gouttelettes.

Comme le montre la figure 5 * le contact mobile 45 repose sur la plaque de contact demontable 41 portee par la plaqu d'amenee de courant 1 . Le contact 45 * manoeuvre par les deux tirants dont on voit les extremites 46, est encadre par les deux cloisons de protection isolantes 6θ en verre- melamine qui sont retenues dans la plaque de contact 41 par des tetons 61. Des degagements 62 sont menages dans le contact mobile de coupure pour collecter les projections de gouttelettes en fusion produites par la coupure apres leur rebondissement sur les cloisons de protection 60.

Les ressorts de compression des contacts mobiles sont con- stitues de preference par un empilage de rondelles-ressorts assurant pour les contacts ordinaires une pression d'appui totale de contact de plusieurs centaines de kilogram es avec une course d'ecrasement de l'ordre du millimetre et pour les contacts de coupure une pression totale d'appui

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du meme ordre que ci-dessus, mais obtenue avec deux res- sorts au lieu d'un, avec une course d'ecrasement nettement plus longue, de trois ä six milli etres.

Pour a eliorer les conditions de coupure d'un court-circui- teur conforme ä 1'invention, les courses d'ecrasement de 1' empilage des rondelles-ressorts des differents contacts, ä la fermeture, y compris celle du contact de coupure, ont sur chaque face du court-circuiteur des valeurs croissant progressivement lorsqu'on s'approche du contact de coupure, pour lequel la course d'ecrasement de 1'empilage des ron¬ delles-ressorts doit toujours rester nettement la plus grande, condition qui limite l'usure admissible dudit con¬ tact, dont 1'ecrasement ä l'etat neuf peut atteindre, par exemple, 10mm. De la sorte, pendant une manoeuvre de cou- pure, le courant est concentre progressivement vers le con¬ tact de coupure auquel peut etre accole un contact de pre- coupure qui s'ouvre juste avant lui et dont les plages fi¬ xes sont demontables, ledit contact pouvant etre muni de garnitures speciales en argent-oxyde de cadmium.

Dans le court-circuiteur conforme ä 1'invention, les pla¬ ques de contact fixes, les parties conductrices souples et les pieces de prise de courant sont de preference en cuivre, argente sur les surfaces de contact, tandis que les encein¬ tes de refroidissement et le chässis, qui portent les par- ties actives, sont de preference en acier ä structure auste- nitique qui a l'avantage. d'avoir un coefficient de dilata- tion thermique pratiquement egal ä celui du cuivre.