Disjoncteur La présente invention a pour objet un disjoncteur électrique, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de compression maintenant un gaz diélectrique à l'état liquide, au moins dans la chambre de coupure d'arc, aux températures ambiantes extérieures normales.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, diverses formes d'exécution et variantes du disjoncteur qui fait l'objet de l'invention.
La fie. 1 est une vue schématique en coupe d'un dis joncteur.
La fig. 2 représente une variante.
La fig. 3 est une vue séparée d'un accumulateur hydraulique à ressort maintenant l'installation en pres sion.
La fig. 4 est une vue schématique en coupe d'un autre disjoncteur.
Les fig, 5, 6 ,et y illustrent trois modes de remplissage d'un disjoncteur en gaz liquéfiable.
La fig. 8 représente un système indicateur de niveau pour disjoncteur.
La fig. 9 montre une autre forme d'exécution d'un disjoncteur dans laquelle la mise sous pression du diélec- trique liquide est assurée par une poche de .gaz située à la partie supérieure de la chambre de coupure.
La fig. 1 représente un disjoncteur du type - posé dans lequel la chambre de coupure 2 est montée au som- met d'une colonne isolante 4. Ce disjoncteur est analo gue, quant à sa construction, aux disjoncteurs connus dits à faible volume d'huiles>.
Dans la chambre de cou pure 2 peut se déplacer un contact mobile 6 sur lequel portent des contacts glissants 8 reliés à une partie 10 .de la ligne et qui peut venir s'engager dans un contact fixe ou tulipe 12 relié à l'autre partie 14 de la ligne à couper. Le contact mobile 6 est actionné,
pour l'enclenchement et le déclenchement, par un .mécanisme de commande usuel 16, comportant par exemple un vérin hydraulique, auquel il est relié par une tige isolante 18.
Le volume intérieur 19 de la chambre 2 est .fermé de façon étanche et une garniture 20 assure l'étanchéité au passage du contact mobile à -travers le fond 22 .de la chambre.
Dans le volume intérieur 19 débouche une tubulure isolante 24 qui passe dans la colonne isolante 4 et abou tit au compartiment à liquide 26 d'un accumulateur hydraulique 28 qui se trouve au potentiel du sol.
Ce compartiment à, liquide, limité par un piston libre 30, est maintenu sous pression par les moyens élas- tiques usuels de l'accumulateur et, par un coussin de gaz sous pression 32 enfermé dans :
le second compartiment de l'accumulateur. Ces moyens élastiques sont constitués par .un ressort 33, représenté sur la fig. 3.
Les volumes intérieurs de la chambre de coupure, -de la tubulure 24 et du compartiment 26 sont entièrement remplis d'un gaz :diélectrique liquéfiable, du Sp6 ou un fréon maintenu à ;
l'état liquide par la. pression exer- cée par le coussin de gaz 32. Bien entendu, on choisit pour ce coussin de gaz, un gaz, par exemple de ;
l'azote, dont la pression de liquéfaction est nettement supérieure à celle du gaz diélectrique -choisi. Une valve 34 -permet, ainsi qu'il est usuel, de ü regonfler l'accumulateur et on peut, au moyen d'un manomètre 36, vérifier le bon main tien de la pression du fluide diélectrique dans le disjonc teur,
et évaluer la quantité .de .liquide contenue .dans le compartiment 26, ledit manomètre :pouvant commander automatiquement des opérations de sécurité ou de réta- blissement de la pression.
Une valve d'échappement 38, au :sommet de la chambre de coupure, permet de pur ger l'air au moment de la mise en service.
Dans un tel disjoncteur posé, la colonne 4 est norma- lement remplie d'huile isolante, comme Î est courant dans les disjoncteurs connus. Mais l'étanchéité. de la. garniture 20 peut être difficile à conserver dans le temps à cause des érosions causées par l'arc de coupure sur le contact mobile 6.
Ainsi, suivant une variante représentée sur la fig. 2, on supprime la séparation étanche 20-22 entre la cham bre de coupure et le volume intérieur de la colonne iso lante, l'ensemble de ces volumes étant alors rempli de gaz diélectrique liquéfié sous pression. La seule étanchéité entre organe fixe et mobile est alors assurée par la garniture 40, à la base de la colonne, qui coopère avec la tige 41-du vérin, laquelle peut être parfaitement lisse ët est- à l'abri des érosions.
Dans la variante de la fig. 2, un dispositif de purge évite la manaeuvre de la valve d'échappement 38 qui est peu accessible et qui est dans la partie sous tension lors que le disjoncteur est en service. Dans .ce but, au som met de la chambre de coupure, une tubulure d'échappe ment 44 sur laquelle est interposé un clapet antiretour 46 n'autorise la circulation du fluide que dans le sens de la flèche 48.
La canalisation 44 qui est isolante, fait retour jus qu'au compartiment à liquide 26 de l'accumulateur 28. La canalisation 24', qui met en communication le com partiment à liquide 26 avec le volume intérieur de la colonne isolante 4 et de la chambre de coupure 2, est également pourvue d'un clapet antireto.u.r 50 n'autori sant la circulation du fluide, dans cette canalisation, que dans le sens allant de l'accumulateur vers le disjoncteur.
Une vanne de purge 52, montée à la partie inférieure de la tubulure 44, au potentiel de la terre et facilement accessible, permet de mettre à l'atmosphère le volume intérieur du disjoncteur pour effectuer la purge d'air au moment de la mise en service. Une vanne d'arrêt 54 per met d'isoler l'accumulateur 28' pendant- cette opération. Cette vanne 54 peut être remplacée par un simple clapet antiretour, qui évite d'avoir à rouvrir la vanne à la mise en service. Bien entendu, ces deux vannes 52 et 54 peu vent être groupées en une seule vanne à trois voies.
Sur la canalisation 24' sont montés un manomètre 36 ainsi qu'une prise 56 qui peut être raccordée à une réserve de fluide diélectrique liquéfiable pour le remplis sage de l'installation ou la réfection du remplissage. Une soupape de sûreté 57 est montée en un point de l'instal lation.
Les gaz diélectriques liquéfiables étant en général beaucoup plus lourds que l'air, il suffit, au début du remplissage, d'ouvrir la vanne de purge 52 jusqu'à ce que tout l'air contenu dans l'installation soit évacué.
On a représenté en variante sur la fig. 2, un accu mulateur 28' dans lequel le compartiment à liquide 26 et le compartiment à gaz 32 ne sont pas séparés par un piston mobile, le coussin élastique de gaz comprimé 32 (par exemple de l'azote) exerçant directement sa pression sur le gaz diélectrique liquéfié contenu dans le compar timent 26.
Le circuit qui vient d'être décrit, mettant en commu nication le volume intérieur du disjoncteur avec l'accu mulateur et, sélectivement, avec l'atmosphère et une source de fluide diélectrique, permet également d'assu rer une circulation à sens unique du fluide en circuit fermé ainsi qu'une purge automatique des gaz étran gers.
L'accumulateur est chargé à une pression P (ou bien son ressort, dans le cas de la fig.. 3, exerce une pression P sur. le piston) telle que le gaz diélectrique liquéfiable est maintenu à l'état liquide aux températures ambiantes habituelles. C'est ainsi que si on choisit comme gaz diélectrique liquéfiable l'hexafluorure de soufre SF6, l'accumulateur peut être chargé à une pression d'au moins 35 kg/cm2 dans les conditions de température habi tuelles. Dans le cas des fréons , cette pression peut être de l'ordre de 15 à 20 kg/cm2 seulement.
S'il se produit une baisse de température, le volume du gaz diélectrique liquide contenu dans le disjoncteur diminue; le clapet antiretour 46 est maintenu fermé, tan dis que le clapet 50 s'ouvre et qu'un volume correspon dant de gaz diélectrique liquide transvase de la chambre à liquide 26 de l'accumulateur vers le disjoncteur. Bien entendu, le volume du compartiment à gaz 32 augmente de façon correspondante et la pression diminue, mais le gaz diélectrique demeure en phase liquide puisque la température a baissé.
S'il se produit au contraire une élévation de tempé rature, le transvasement a lieu du disjoncteur vers l'accumulateur par la canalisation 44, dans le sens de la flèche 48: Ce transvasement s'accompagne d'une aug mentation de la pression générale dans l'installation, ce qui tend à maintenir le gaz diélectrique à l'état liquide malgré l'élévation de température.
Il se produit ainsi une circulation lente en circuit fermé du liquide diélectrique suivant les variations de température.
Cette circulation peut permettre un filtrage du liquide et ramène les gaz vers l'accumulateur, ce qui réalise ainsi une purge ou dégazage permanent et automatique de l'installation.
Pour certains gaz diélectriques liquéfiables, dont la température critique est voisine de celle que peuvent atteindre certaines parties du disjoncteur exposées au soleil (45.5o pour le SF6), la pression peut atteindre sans inconvénient une valeur supérieure à la pression criti que et il peut même être avantageux de maintenir en per manence la pression au-dessus de cette valeur critique pour éviter à coup sûr les changements d'état avec variation de volume.
Dans tous les cas, il est avantageux d'adapter le volume de l'accumulateur au volume du disjoncteur ren fermant le diélectrique liquéfié pour que les variations de pression en fonction des variations de température maintiennent toujours le diélectrique à l'état liquide au moins dans la partie du disjoncteur où apparaît l'arc.
Bien que certains des gaz connus sous la dénomina tion commerciale de fréons aient des propriétés diélectriques inférieures à celles du gaz SF6, l'emploi des fréons ou du moins certains d'entre eux, dans de tels disjoncteurs, peut être avantageux du fait de leurs températures de solidification très basses et de leurs températures critiques largement supérieures à toutes les températures extérieures rencontrées dans la pratique. Au surplus, leur pression de liquéfaction est relativement peu élevée et, suivant les types, l'installation peut fonc tionner à des pressions de 15 à 20 kg/cm2.
Le disjoncteur représenté sur la fig. 4 est analogue à celui représenté sur la fig. 1, en ce que le volume inté- rieur 19 de la chambre de coupure 2 qui est rempli d'un gaz diélectrique liquéfié tel que du SF6, est séparé, par un fond 22 pourvu d'une garniture d'étanchéité 20, du volume intérieur de la colonne isolante 4, laquelle peut :être remplie d'huile isolante.
Ce disjoncteur est d'autre part analogue à celui représenté sur la fig. 2 en ce qu'il comporte un circuit fermé permettant la circulation du diélectrique liquide entre l'accumulateur de mise sous pression 28 et la cham bre de coupure. Ce circuit fermé comprend une canali sation 44 qui débouche en haut de la chambre de cou pure 2 et qui communique avec la canalisation 44', bran chée sur l'accumulateur 28, par l'intermédiaire d'un filtre 60 de part et d'autre duquel sont disposées deux vannes d'arrêt 62 et 54.
Le circuit fermé est complété par des canalisations 24-24', raccordées d'une part à l'accumulateur 28 et débouchent d'autre part à la partie inférieure de la cham bre de coupure.
Les variations de température produisent une circula tion du diélectrique liquide, circulation qui. ne peut se faire que :dans le sens des flèches indiquées sur les cana- lisations 44 et 24, du fait de la présence des clapets anti- retour 46 et 50, ce qui assure un filtrage permanent du diélectrique. Pour remplacer le filtre, il suffit de fermer les deux vannes 54 et 62 et de changer l'élément filtrant.
Dans le cas où l'installation n'est soumise qu'à de fai bles écarts de température ou dans le cas où on désire obtenir un filtrage plus rapide, on dispose une pompe de circulation 64 sur le circuit fermé.
II est avantageux de filtrer en cours de service le SF6, ou fluide analogue, liquide par passage au travers du filtre 60 mais il est également avantageux de faire le premier remplissage avec un fluide débarrassé le plus possible de toute matière étrangère qui pourrait par exemple se trouver dans les bouteilles dans lesquelles est livré le gaz liquéfié.
C'est pourquoi, dans un tel disjoncteur, il est avanta geux de faire le premier remplissage par distillation frac tionnée, par exemple selon l'un ou l'autre des procédés illustrés par les fig. 5 et 6. Avant de commencer le rem plissage du disjoncteur il est préférable, pour économiser le SF6, de purger l'air au moyen d'azote à partir d'une bouteille raccordée à la prise 56. L'azote est peu coû teux et, s'il en demeure dans le circuit, cela ne présente pas d'inconvénient surtout dans le cas où l'accumulateur 28 ne comporte pas de piston de séparation.
L'air de l'installation étant ainsi purgé, on peut rac corder à la prise 56 une bouteille 66 de SF6 liquéfié (fig. 5), avec interposition d'un compresseur 68.
Le prélèvement se fait dans la phase gazeuse de la bouteille et les impuretés que contient éventuellement le SF6 liquide ne sont pas envoyées dans l'installation.
Lorsque le SF6 gazeux a complètement chassé l'azote on ferme le robinet de purge 52 (de préférence placé le plus près possible de la prise de remplissage 56, pour obtenir une purge complète comme il est représenté sur la fig. 4) et le compresseur 68 élève la pression dans l'installation jusqu'à la valeur choisie.
Suivant le procédé de remplissage indiqué sur la fie-. 6, la bouteille 66 de SF6 est simplement reliée à la prise 56 par une canalisation 70 sur laquelle est montée une soupape de sûreté 72 et on chauffe la bouteille 66, au moyen d'un bain-marie 74. Dans ce cas encore le remplissage se fait par distillation, si bien que l'installa tion est remplie de diélectrique purifié.
Selon le procédé illustré par la fig. 7, le remplissage peut se faire directement au moyen de SF6 liquide pur contenu dans un réservoir 76 analogue à un accumula teur hydraulique. Ce réservoir est.séparé par un piston libre 78 en un premier compartiment 80, rempli de 5F6 liquide, qui peut être raccordé par une canalisation 82 à la prise de remplissage 56, et en un. deuxième comparti ment 84 qui peut être raccordé à une source de liquide, par exemple d'huile, sous pression.
Cette source com prend une pompe 86 puisant de l'huile dans un réservoir 88 et la refoulant sous pression dans le compartiment 84. Une soupape de sûreté 90 évacue l'huile sous -pres sion dans le réservoir 88 en cas de surpression anormale et lorsque le piston 78 est arrivé en fin de course. On ferme à ce moment le robinet 92 du réservoir 76 et on ouvre le robinet 94 d'une canalisation 96 pour envoyer au réservoir 88 l'huile contenue dans le compartiment 84.
Ce procédé peut avantageusement être utilisé pour les réfections partielles de remplissage de l'installation, avec seulement un réservoir 76 de capacité réduite.
On peut prévoir un système indicateur visuel de la quantité de fluide diélectrique liquéfié contenue dans l'appareil, en effet le SF6 liquide se présente comme de l'eau et est parfaitement visible dans un niveau d'eau classique.
Une forme d'exécution d'un tel système est représen tée sur la fig. 8 où figure seulement un accumulateur 28', tel que celui représenté sur la fig. 2 sur lequel sont bran chées les deux canalisations 44 et 24' de circulation du fluide. Bien entendu, le même système pourrait être appliqué à un accumulateur où n'arrive qu'une canalisa tion de maintien en pression telle que la canalisation 24 sur la fig. 1.
Cet accumulateur renferme un certain volume 26 de SF6 liquide surmonté par un coussin de gaz comprimé 32. par exemple de l'azote, exerçant directement sa pres sion, sans l'intermédiaire d'un piston, sur le-SF6 liquide du volume 26. Un indicateur de niveau à tube de verre 98 est monté sur l'accumulateur 28', avec interposition de deux vannes d'isolement 100 et 102. Il est ainsi pos sible de contrôler visuellement la quantité de diélectrique liquide et la quantité du gaz formant le coussin élasti que. Le regonflage en azote de l'accumulateur s'effectue par la valve 34'.
L'hexafluorure de soufre SF6 est particulièrement avantageux comme gaz diélectrique liquéfié mais le diélectrique peut être un autre gaz liquéfiable ayant des qualités diélectriques satisfaisantes, comme par exemple les (@ fréons , ou un mélange de plusieurs gaz. Il peut être par exemple avantageux dans certains cas, d'utiliser de tels mélanges pour abaisser le point de congélation du diélectrique (-50,80 pour le SF6) lorsque les disjonc teurs sont montés à l'extérieur dans les pays très froids.
Dans la variante représentée sur la fig. 9, la cham bre de coupure 2 est remplie de SF6 liquide, la colonne isolante 4 pouvant être remplie de SF6 liquide ou d'huile isolante ou d'un autre diélectrique tel-que par exemple du SF6 gazeux suivant qu'on prévoit ou non une cloison de séparation étanche entre ces deux élé ments du disjoncteur.
Dans cette forme de réalisation, le maintien sous pression du SF6 liquide est assuré par un coussin de gaz sous pression 104, tel que de l'azote, qui, au lieu d'être emprisonné dans un accumulateur comme dans les cas précédents, surmonte directement le niveau 106 du diélectrique dans un compartiment 108 disposé au-des sus de la chambre de coupure 2. Ce -compartiment 108 est pourvu d'un niveau 98 et d'une soupape de sûreté 110.
Un tel système de mise en pression pourrait présen ter des inconvénients dans: le cas de disjoncteurs exté- rieurs qui subissent des variations quotidiennes de tem- pérature très importantes.
Il se produirait alors des variations importantes de pression, à moins de prévoir un volume relativement grand pour le compartiment<B>108.</B> Au contraire, dans .le cas :des disjoncteurs logés dans des postes fermés ou, encore mieux, dans des postes sou terrains, les températures sont sensiblement constantes et les pressions varient peu, si bien que cette solution sim ple est particulièrement intéressante.
L'installation est complétée par un manomètre 36 et par un thermomètre 112 qui permettent, avec le niveau 98, de connaître la quantité réelle d'azote contenue dans l'installation dans toutes les circonstances.
Il paraîtrait plus simple, dans un disjoncteur suivant cette variante, de constituer le coussin de gaz 104 par la phase gazeuse du SF6 surmontant la phase liquide. Mais dans ce cas, au déclenchement, lorsque le contact mobile 6 s'éloigne du contact fixe 12, il peut se :produire une cavitation à l'emplacement occupé précédemment par le contact mobile, si bien que l'arc s'éteindrait difficile ment.
Au contraire, si on choisit pour le coussin de gaz 104 un gaz ayant une pression de liquéfaction plus éle vée que le SF6, notamment ide l'azote, la pression supé rieure à la tension de vapeur du SF6 qui règne au-des sus du niveau 106 force le diélectrique liquide à combler au fur et à mesure du retrait du contact mobile le volume laissé libre par ce contact, ce qui :
fait que l'extinc tion de l'arc se produit réellement au sein du diélectri que liquide, avec un effet analogue à un soufflage du fait de l'apport pendant le déclenchement de diélectrique non ionisé.
Les figures ne représentent qu'un type schématique de disjoncteur mais il est possible d'équiper de façon analogue des disjoncteurs les plus divers, à pots de cou pure simples ou multiples.
Circuit breaker The present invention relates to an electrical circuit breaker, characterized in that it comprises compression means maintaining a dielectric gas in the liquid state, at least in the arc breaking chamber, at normal outside ambient temperatures.
The accompanying drawing shows, by way of examples, various embodiments and variants of the circuit breaker which is the subject of the invention.
The fie. 1 is a schematic sectional view of a circuit breaker.
Fig. 2 represents a variant.
Fig. 3 is a separate view of a spring hydraulic accumulator maintaining the installation under pressure.
Fig. 4 is a schematic sectional view of another circuit breaker.
Figs, 5, 6, and there illustrate three methods of filling a circuit breaker with liquefiable gas.
Fig. 8 represents a level indicator system for a circuit breaker.
Fig. 9 shows another embodiment of a circuit breaker in which the pressurization of the liquid dielectric is ensured by a gas pocket located at the upper part of the interrupting chamber.
Fig. 1 shows a circuit breaker of the - fitted type in which the interrupting chamber 2 is mounted at the top of an insulating column 4. This circuit breaker is similar, in its construction, to known circuit breakers known as low volume of oils> .
In the pure neck chamber 2 can move a movable contact 6 on which carry sliding contacts 8 connected to a part 10. Of the line and which can engage in a fixed contact or tulip 12 connected to the other part. 14 of the line to be cut. The mobile contact 6 is actuated,
for switching on and off, by a usual control mechanism 16, comprising for example a hydraulic cylinder, to which it is connected by an insulating rod 18.
The interior volume 19 of the chamber 2 is sealed and a gasket 20 seals the passage of the movable contact through the bottom 22 of the chamber.
In the interior volume 19 opens an insulating pipe 24 which passes into the insulating column 4 and leads to the liquid compartment 26 of a hydraulic accumulator 28 which is at ground potential.
This liquid compartment, limited by a free piston 30, is maintained under pressure by the usual elastic means of the accumulator and, by a pressurized gas cushion 32 enclosed in:
the second battery compartment. These elastic means are constituted by a spring 33, shown in FIG. 3.
The internal volumes of the interrupting chamber, of the tubing 24 and of the compartment 26 are completely filled with a gas: liquefiable dielectric, Sp6 or a freon maintained at;
the liquid state by the. pressure exerted by the gas cushion 32. Of course, a gas is chosen for this gas cushion, for example;
nitrogen, the liquefaction pressure of which is markedly higher than that of the dielectric gas chosen. A valve 34 -allows, as is usual, to re-inflate the accumulator and it is possible, by means of a manometer 36, to check that the pressure of the dielectric fluid is properly maintained in the circuit breaker,
and evaluating the quantity of .liquid contained in compartment 26, said manometer: being able to automatically control safety or pressure re-establishment operations.
An exhaust valve 38, at the top of the interrupting chamber, allows the air to be purged at the time of commissioning.
In such an installed circuit breaker, the column 4 is normally filled with insulating oil, as is common in known circuit breakers. But the seal. of the. Gasket 20 can be difficult to keep over time because of the erosion caused by the breaking arc on the moving contact 6.
Thus, according to a variant shown in FIG. 2, the sealed separation 20-22 between the cut-off chamber and the internal volume of the insulating column is eliminated, all of these volumes then being filled with liquefied dielectric gas under pressure. The only seal between fixed and movable member is then provided by the gasket 40, at the base of the column, which cooperates with the rod 41-of the cylinder, which can be perfectly smooth and is protected from erosion.
In the variant of FIG. 2, a purge device avoids the operation of the exhaust valve 38 which is difficult to access and which is in the live part when the circuit breaker is in service. For this purpose, at the top of the interrupting chamber, an exhaust pipe 44 on which is interposed a non-return valve 46 only allows the fluid to flow in the direction of arrow 48.
The pipe 44 which is insulating, returns to the liquid compartment 26 of the accumulator 28. The pipe 24 ', which places the liquid compartment 26 in communication with the internal volume of the insulating column 4 and of the interrupting chamber 2, is also provided with an antireto.ur 50 valve which allows fluid to circulate in this pipe only in the direction from the accumulator to the circuit breaker.
A purge valve 52, mounted at the lower part of the pipe 44, at earth potential and easily accessible, allows the internal volume of the circuit breaker to be vented to the atmosphere in order to perform the air purge at the time of switching on. service. A shut-off valve 54 makes it possible to isolate the accumulator 28 'during this operation. This valve 54 can be replaced by a simple non-return valve, which avoids having to reopen the valve on commissioning. Of course, these two valves 52 and 54 can be grouped into a single three-way valve.
On the pipe 24 'are mounted a manometer 36 as well as an outlet 56 which can be connected to a reserve of liquefiable dielectric fluid for the wise filling of the installation or the repair of the filling. A safety valve 57 is mounted at a point of the installation.
As the liquefiable dielectric gases are generally much heavier than air, it suffices, at the start of filling, to open the purge valve 52 until all the air contained in the installation is evacuated.
As a variant, FIG. 2, an accumulator 28 'in which the liquid compartment 26 and the gas compartment 32 are not separated by a movable piston, the elastic cushion of compressed gas 32 (for example nitrogen) exerting its pressure directly on the liquefied dielectric gas contained in compartment 26.
The circuit which has just been described, putting the internal volume of the circuit breaker in communication with the accumulator and, selectively, with the atmosphere and a source of dielectric fluid, also makes it possible to ensure a one-way circulation of the circuit breaker. fluid in a closed circuit as well as an automatic purge of foreign gases.
The accumulator is charged to a pressure P (or its spring, in the case of fig. 3, exerts a pressure P on the piston) such that the liquefiable dielectric gas is maintained in the liquid state at ambient temperatures usual. Thus, if the liquefiable dielectric gas is sulfur hexafluoride SF6, the accumulator can be charged to a pressure of at least 35 kg / cm2 under the usual temperature conditions. In the case of freons, this pressure can be of the order of 15 to 20 kg / cm2 only.
If there is a drop in temperature, the volume of liquid dielectric gas contained in the circuit breaker decreases; the non-return valve 46 is kept closed, tan say that the valve 50 opens and that a corresponding volume of liquid dielectric gas transfers from the liquid chamber 26 of the accumulator to the circuit breaker. Of course, the volume of the gas compartment 32 increases correspondingly and the pressure decreases, but the dielectric gas remains in the liquid phase since the temperature has dropped.
If, on the other hand, there is a rise in temperature, the transfer takes place from the circuit breaker to the accumulator via line 44, in the direction of arrow 48: This transfer is accompanied by an increase in the general pressure. in the installation, which tends to maintain the dielectric gas in the liquid state despite the rise in temperature.
There is thus a slow circulation in a closed circuit of the dielectric liquid according to the temperature variations.
This circulation can allow filtering of the liquid and brings the gases back to the accumulator, which thus achieves a permanent and automatic purging or degassing of the installation.
For certain liquefiable dielectric gases, the critical temperature of which is close to that which certain parts of the circuit breaker exposed to the sun can reach (45.5o for SF6), the pressure can easily reach a value greater than the critical pressure and it can even reach be advantageous to maintain the pressure above this critical value at all times to avoid changes of state with variation in volume.
In all cases, it is advantageous to adapt the volume of the accumulator to the volume of the circuit breaker containing the liquefied dielectric so that the pressure variations as a function of the temperature variations always maintain the dielectric in the liquid state at least in the part of the circuit breaker where the arc appears.
Although some of the gases known under the trade name of freons have lower dielectric properties than SF6 gas, the use of freons, or at least some of them, in such circuit breakers may be advantageous because of their very low solidification temperatures and their critical temperatures much higher than any outside temperatures encountered in practice. In addition, their liquefaction pressure is relatively low and, depending on the type, the installation can operate at pressures of 15 to 20 kg / cm2.
The circuit breaker shown in fig. 4 is similar to that shown in FIG. 1, in that the internal volume 19 of the interrupting chamber 2 which is filled with a liquefied dielectric gas such as SF6, is separated, by a bottom 22 provided with a seal 20, from the volume inside the insulating column 4, which can: be filled with insulating oil.
This circuit breaker is also similar to that shown in FIG. 2 in that it comprises a closed circuit allowing the circulation of the liquid dielectric between the pressurization accumulator 28 and the cut-off chamber. This closed circuit comprises a pipe 44 which opens at the top of the pure neck chamber 2 and which communicates with the pipe 44 ', connected to the accumulator 28, via a filter 60 on both sides. another of which are arranged two stop valves 62 and 54.
The closed circuit is completed by pipes 24-24 ', connected on the one hand to the accumulator 28 and on the other hand open to the lower part of the cut-off chamber.
The variations in temperature produce a circulation of the liquid dielectric, which circulation. can only be done: in the direction of the arrows indicated on pipes 44 and 24, due to the presence of non-return valves 46 and 50, which ensures permanent filtering of the dielectric. To replace the filter, it suffices to close the two valves 54 and 62 and to change the filter element.
In the case where the installation is subject only to small temperature variations or in the case where it is desired to obtain faster filtering, a circulation pump 64 is placed on the closed circuit.
It is advantageous to filter the SF6, or similar fluid, during service, liquid by passing through the filter 60 but it is also advantageous to make the first filling with a fluid freed as much as possible of any foreign matter which could for example be collected. find in the cylinders in which the liquefied gas is delivered.
This is why, in such a circuit breaker, it is advantageous to carry out the first filling by fractional distillation, for example according to one or the other of the processes illustrated in FIGS. 5 and 6. Before starting to fill the circuit breaker, it is preferable, in order to save SF6, to purge the air by means of nitrogen from a bottle connected to the outlet 56. Nitrogen is inexpensive and, if there is any left in the circuit, this does not present any drawback, especially in the case where the accumulator 28 does not have a separation piston.
The air in the installation being thus purged, a bottle 66 of liquefied SF6 can be connected to the outlet 56 (fig. 5), with the interposition of a compressor 68.
The sample is taken from the gas phase of the bottle and any impurities which the liquid SF6 contains are not sent to the installation.
When the gaseous SF6 has completely driven off the nitrogen, the purge valve 52 (preferably placed as close as possible to the filling port 56, to obtain a complete purge as shown in fig. 4) and the compressor is closed. 68 increases the pressure in the installation to the selected value.
Following the filling process indicated on the fie-. 6, the SF6 bottle 66 is simply connected to the outlet 56 by a pipe 70 on which is mounted a safety valve 72 and the bottle 66 is heated by means of a water bath 74. In this case again the filling is carried out by distillation, so that the installation is filled with purified dielectric.
According to the method illustrated by FIG. 7, the filling can be done directly by means of pure liquid SF6 contained in a reservoir 76 similar to a hydraulic accumulator. This reservoir est.sparé by a free piston 78 in a first compartment 80, filled with liquid 5F6, which can be connected by a pipe 82 to the filling port 56, and in one. second compartment 84 which can be connected to a source of liquid, for example oil, under pressure.
This source comprises a pump 86 drawing oil from a reservoir 88 and delivering it under pressure into the compartment 84. A safety valve 90 discharges the oil under -pressure in the reservoir 88 in the event of abnormal overpressure and when the piston 78 has reached the end of its stroke. At this time, the valve 92 of the reservoir 76 is closed and the valve 94 of a pipe 96 is opened in order to send the oil contained in the compartment 84 to the reservoir 88.
This method can advantageously be used for the partial refilling of the installation, with only one reservoir 76 of reduced capacity.
A visual indicator system can be provided for the quantity of liquefied dielectric fluid contained in the device, in fact the liquid SF6 is in the form of water and is perfectly visible in a conventional water level.
One embodiment of such a system is shown in FIG. 8 where only an accumulator 28 ', such as that shown in FIG. 2 to which are connected the two pipes 44 and 24 'for circulation of the fluid. Of course, the same system could be applied to an accumulator where only a pressure-maintaining pipe arrives, such as pipe 24 in FIG. 1.
This accumulator contains a certain volume 26 of liquid SF6 surmounted by a cushion of compressed gas 32, for example nitrogen, exerting its pressure directly, without the intermediary of a piston, on the liquid SF6 of volume 26. A glass tube level indicator 98 is mounted on the accumulator 28 ', with the interposition of two isolation valves 100 and 102. It is thus possible to visually control the quantity of liquid dielectric and the quantity of gas forming the gas. elastic cushion. The accumulator is re-inflated with nitrogen via valve 34 '.
Sulfur hexafluoride SF6 is particularly advantageous as a liquefied dielectric gas, but the dielectric can be another liquefiable gas having satisfactory dielectric qualities, such as for example (@ freons, or a mixture of several gases. It can be for example advantageous in in some cases, using such mixtures to lower the freezing point of the dielectric (-50.80 for SF6) when circuit breakers are mounted outdoors in very cold countries.
In the variant shown in FIG. 9, the cut-off chamber 2 is filled with liquid SF6, the insulating column 4 can be filled with liquid SF6 or insulating oil or another dielectric such as for example gaseous SF6 depending on whether or not it is planned a watertight separation partition between these two circuit breaker elements.
In this embodiment, the liquid SF6 is kept under pressure by a cushion of pressurized gas 104, such as nitrogen, which, instead of being trapped in an accumulator as in the preceding cases, directly overcomes the level 106 of the dielectric in a compartment 108 disposed above the interrupting chamber 2. This -compartment 108 is provided with a level 98 and a safety valve 110.
Such a pressurization system could present drawbacks in: the case of external circuit breakers which undergo very large temperature variations daily.
Significant pressure variations would then occur, unless a relatively large volume was provided for the <B> 108. </B> compartment. On the contrary, in the case of circuit breakers housed in closed substations or, even better, in underground stations, the temperatures are appreciably constant and the pressures vary little, so that this simple solution is particularly interesting.
The installation is completed by a manometer 36 and by a thermometer 112 which, with level 98, make it possible to know the real quantity of nitrogen contained in the installation under all circumstances.
It would appear simpler, in a circuit breaker according to this variant, to constitute the gas cushion 104 by the gas phase of the SF6 overcoming the liquid phase. But in this case, on triggering, when the movable contact 6 moves away from the fixed contact 12, there may be: cavitation at the location previously occupied by the movable contact, so that the arc would be difficult to extinguish .
On the contrary, if one chooses for the gas cushion 104 a gas having a higher liquefaction pressure than SF6, in particular nitrogen, the pressure greater than the vapor pressure of SF6 which prevails above level 106 forces the liquid dielectric to fill the volume left free by this contact as the mobile contact is withdrawn, which:
that the arc quenching actually occurs within the liquid dielectric, with an effect analogous to blowing due to the input during the triggering of non-ionized dielectric.
The figures only represent a schematic type of circuit breaker, but it is possible to equip the most diverse circuit breakers in a similar fashion, with single or multiple pure neck pots.