EP0011542B2 - Disjoncteur électrique à circuits principal et auxiliaire séparés - Google Patents

Disjoncteur électrique à circuits principal et auxiliaire séparés Download PDF

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EP0011542B2
EP0011542B2 EP79400819A EP79400819A EP0011542B2 EP 0011542 B2 EP0011542 B2 EP 0011542B2 EP 79400819 A EP79400819 A EP 79400819A EP 79400819 A EP79400819 A EP 79400819A EP 0011542 B2 EP0011542 B2 EP 0011542B2
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EP
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main
contacts
circuit
arcing
circuit breaker
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EP79400819A
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EP0011542A1 (fr
Inventor
Jean-Louis Mircovich
Marcel Macaire
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Merlin Gerin SA
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Merlin Gerin SA
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Publication of EP0011542B1 publication Critical patent/EP0011542B1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/12—Auxiliary contacts on to which the arc is transferred from the main contacts
    • H01H33/121—Load break switches
    • H01H33/122—Load break switches both breaker and sectionaliser being enclosed, e.g. in SF6-filled container
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/88—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts
    • H01H33/90—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism
    • H01H33/91—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism the arc-extinguishing fluid being air or gas

Definitions

  • the invention relates to an electrical circuit breaker according to the preamble of claim 1.
  • a known circuit breaker of the kind mentioned (publication US-A-3 257 532) comprises arcing contacts and main contacts arranged coaxially, the main contacts surrounding circumferentially the arcing contacts.
  • the reactances of the two circuits are almost identical, which facilitates switching, but risks of interaction of the cuts are not excluded.
  • the moving part carries the two moving contacts and the inertia of the assembly opposes a quick command.
  • Document US-A-3,671,696 describes a circuit breaker having arcing contacts housed in a vacuum interrupter interposed between the inlet and outlet bushings.
  • a disconnector is connected in parallel with the vacuum interrupter and the assembly is arranged in a box filled with air.
  • the main circuit containing the disconnector is removed from the auxiliary circuit for the housing of the vacuum bulb and forms a reactance loop significantly greater than that of the loop of the auxiliary circuit, preventing rapid switching from the main circuit to the auxiliary circuit. , when opening the disconnector.
  • the main circuit is longer than the auxiliary circuit, which increases the resistance and overheating of the circuit breaker and affects the distribution of current between the two circuits.
  • the switch is placed in the air and the separation distance between the open contacts must be sufficient for the insulation. This results in a large opening stroke and a significant drive control energy.
  • the size of the cabinet is a multiple of that of the vacuum interrupter.
  • the object of the present invention is to enable the production of a self-blowing circuit breaker with a quasi-independent main and auxiliary circuit, in which the reactances of these circuits are substantially equal in order to facilitate rapid switching of the current.
  • circuit breaker according to the invention is characterized by the features mentioned in the characteristic part of claim 1.
  • the invention starts from the observation of the advantage of the separation of the functions of conduction of the permanent current and that of breaking of the current, in particular of fault.
  • the main circuit provides the first function and the length and section of the conductors, as well as the structure of the contacts are chosen for this purpose.
  • the second function is provided by the auxiliary circuit on which the current is switched when the main contacts are separated.
  • fig. 1 is a schematic view in elevation and in vertical section of a self-blowing circuit breaker equipped with a device with main contacts according to the invention
  • fig. 2 is a partial section along line II-II of FIG. 1, in the closed position of the main contacts.
  • a pole of the self-blowing circuit breaker comprises a sealed casing 10 filled with insulating gas with high dielectric strength, in particular sulfur hexafluoride.
  • the casing 10 made of molded insulating material, is closed by a cover 12 and serves as a housing for a main circuit 14 for passing the nominal current, an auxiliary circuit 16 for shunting the main circuit for breaking the arc, a mechanism control 18 of the movable assembly for the successive opening of the main 14 and auxiliary 16 circuits, and two terminals 20, 22 for supplying current constituted by crossings of the wall of the insulating casing 10 offset longitudinally.
  • the main circuit 14 comprises a movable main contact 24 provided with a plurality of pairs of fingers 26a, 26b, 26c, 26d ..., articulated on a fixed axis 28 integral with a first conductor 30 for connection with the lower terminal 22
  • An elastic means, in particular a compression spring 32 is associated with each pair to urge the corresponding fingers towards one another, so as to form a clamp cooperating in the closed position of the main circuit 14 with an extension 34, 36 a fixed main contact 38.
  • the latter is electrically connected to the upper terminal 20 by a second connecting conductor 40.
  • the tightening of the fingers 26a, 26b; 26c, 26d on the corresponding extension 34, 36 is reinforced by the electrodynamic attraction exerted between said fingers of each pair traversed by currents of the same direction.
  • the auxiliary circuit 16 connected in parallel to the main circuit 14 inside the casing 10, has aligned arcing contacts, one of which is fixed 42 is connected to the upper terminal 20, and the other of which is movable 44 is integral with a conductive rod 46 coupled to a control crank 48.
  • the external actuation mechanism transmits the movement to the crank 48 by means of a rotary transmission shaft 50 passing through the wall of the casing 10 with the interposition of a sealed bearing 52.
  • An electrical connection with relative movement, in particular a flexible shunt conductor 54 is arranged in the auxiliary circuit 16 between the rod 46 and the lower terminal 22.
  • An intermediate partition 56 parallel to the bottom 58 and to the cover 12 of the pole, shares the internal space of the envelope 10 in two compartments 60, 62 separate superimposed.
  • the lower compartment 60 contains the main contacts 24, 38, and the upper compartment 62 contains the cut-off interval 64 formed between the arcing contacts 42, 44 in the separate position.
  • the physical separation between the main contact interruption zone and the cut-off interval 64 avoids any risk of re-striking the arc in the vicinity of said zone as a result of polluted hot gases coming from the cut.
  • the current supply terminals 20, 22 form bypass nodes of the two main 14 and auxiliary 16 circuits, and the shunt conductor 54 is traversed exclusively by the fault current.
  • the two circuits 14, 16 extend parallel to the interior of the envelope 10 with a small transverse offset, so as to form a loop of low reactance, the circuit 14 following the shortest path.
  • the self-blowing device 66 of a type well known to specialists is arranged in the upper compartment 62 and comprises a movable piston 68 secured to the rod 46.
  • the piston 68 carries a blowing nozzle 70 coaxially surrounding the arcing contacts 42 , 44 in the closed position, and cooperates with limited sliding with a fixed cylinder 72 to delimit a pistonable volume 74 for compressing the insulating gas.
  • a flow of blowing gas is expelled through openings 76 provided in the piston 68 in the convergent of the nozzle 70, towards the cut-off interval 64 for the extinction of the arc.
  • the actuation mechanism comprises a kinematic link 78 mechanically connecting the rod 46 of the arcing contact 44 to the main movable contact 24 to transform the rectilinear movement of the rod 46 into a pivoting movement of the contact 24 during the stroke of the moving equipment of the circuit breaker.
  • This kinematic link 78 is provided with a transmission lever 80 secured to the fingers 26 and cooperating at its opposite end with a drive pin 82 attached to the rod 46.
  • the stroke of the clamps of the main movable contact 24 is different and in particular shorter than that of the movable arcing contact 44.
  • the actuation mechanism After detecting a fault current on the network to be protected, the actuation mechanism causes the downward axial translation (in the direction of the arrow F) of the rod 46 and the pivoting of the lever 80 clockwise causing the opening of the main contacts 24, 38, and the switching of the current in the auxiliary shunt circuit 16.
  • the fault current path is then as follows: upper terminal 20, fixed arcing contact 42, movable arcing contact 44, rod 46, shunt conductor 54, conductor 30, lower terminal 22.
  • the crew's continued race mobile causes the separation of the arcing contacts 42, 44 and the blowing of extinguishing gas from the arcing.
  • the cutting zone 64 is physically separated from the main contacts 38, 24, in particular by the partition 56 and prevents any re-ignition of the arc between said main contacts.
  • the arcing contacts 42, 44 can close first or, on the contrary, after the main contacts 24, 38 close, depending on the desired operating conditions.
  • the control device is of course arranged accordingly.
  • the main movable contact 24 could also be arranged in the form of a bridge actuated in radial or axial translation by the kinematic link 78 during the axial displacement of the rod 46.
  • the invention is applicable to a circuit breaker with pneumatic self-blowing, with magnetic self-blowing or with combined magnetic and pneumatic self-blowing.

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Description

  • L'invention est relative à un disjoncteur électrique selon le préambule de la revendication 1. Un disjoncteur connu du genre mentionné (publication US-A-3 257 532) comporte des contacts d'arc et des contacts principaux disposés coaxialement, les contacts principaux entourant circonférentiellement les contacts d'arc. Les réactances des deux circuits sont quasi-identiques, ce qui facilite la commutation, mais des risques d'interaction des coupures ne sont pas exclus. L'équipage mobile porte les deux contacts mobiles et l'inertie de l'ensemble s'oppose à une commande rapide.
  • Le document US-A-3 671 696 décrit un disjoncteur ayant des contacts d'arc logés dans une ampoule à vide intercalée entre les traversées d'entrée et de sortie. Un sectionneur est connecté en parallèle de l'ampoule à vide et l'ensemble est disposé dans un coffret rempli d'air. Le circuit principal contenant le sectionneur est écarté du circuit auxiliaire pour le logement de l'ampoule a vide et forme une boucle de réactance notablement supérieure à celle de la boucle du circuit auxiliaire, s'opposant à une commutation rapide du circuit principal au circuit auxiliaire, lors de l'ouverture du sectionneur. Le circuit principal est plus long que le circuit auxiliaire, ce qui augmente la résistance et l'échauffement du disjoncteur et affecte la répartition du courant entre les deux circuits. Le sectionneur est disposé dans l'air et la distance de séparation des contacts ouverts doit être suffisante à l'isolation. Il en résulte une course d'ouverture importante et une énergie de commande du sectionneur non négligeable. L'encombrement du coffret est un multiple de celui de l'ampoule à vide.
  • La présente invention a pour but de permettre la réalisation d'un disjoncteur à autosoufflage à circuit principal et auxiliaire quasi-indépendants, dans lequel les réactances de ces circuits sont sensiblement égales afin de faciliter la commutation rapide du courant.
  • Le disjoncteur selon l'invention est caractérisé par les particularités mentionnées dans la partie caractéristique de la revendication 1.
  • L'invention part de la constatation de l'intérêt de la séparation des fonctions de conduction du courant permanent et de celle de coupure du courant, notamment de défaut. Le circuit principal assure la première fonction et la longueur et la section des conducteurs, ainsi que la structure des contacts sont choisies à cet effet. La deuxième fonction est assurée par le circuit auxiliaire sur lequel le courant est commuté lors de la séparation des contacts principaux.
  • Il a d'autre part déjà été proposé (publication FR-A-1 302 499) de loger à l'intérieur de l'enveloppe d'un interrupteur à autosoufflage des contacts auxiliaires d'insertion de résistances pour limiter les tensions de rétablissement. La fraction du courant dérivé sur les contacts auxiliaires est faible et les contacts principaux sont soumis à l'action de l'arc.
  • D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de l'exposé qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, dans lesquels :
  • la fig. 1 est une vue schématique en élévation et en coupe verticale d'un disjoncteur à autosoufflage équipé d'un dispositif à contacts principaux selon l'invention ;
  • la fig. 2 est une coupe partielle selon la ligne II-II de la fig. 1, en position de fermeture des contacts principaux.
  • Sur les figures, un pôle du disjoncteur à autosoufflage comporte une enveloppe 10 étanche remplie de gaz isolant à haute rigidité diélectrique, notamment de l'hexafluorure de soufre. L'enveloppe 10, en matériau isolant moulé, est obturée par un couvercle 12 et sert de logement à un circuit principal 14 de passage du courant nominal, un circuit auxiliaire 16 de shuntage du circuit principal pour la coupure de l'arc, un mécanisme de commande 18 de l'équipage mobile pour l'ouverture successive des circuits principal 14 et auxiliaire 16, et deux bornes 20, 22 d'amenée de courant constituées par des traversées de la paroi de l'enveloppe 10 isolante décalées longitudinalement.
  • Le circuit principal 14 comprend un contact principal mobile 24 doté d'une pluralité de paires de doigts 26a, 26b, 26c, 26d..., articulés sur un axe 28 fixe solidaire d'un premier conducteur 30 de liaison avec la borne inférieure 22. Un moyen élastique, notamment un ressort de compression 32 est associé à chaque paire pour solliciter les doigts correspondants l'un vers l'autre, de manière à former une pince coopérant en position de fermeture du circuit principal 14 avec une extension 34, 36 d'un contact principal fixe 38. Ce dernier est relié électriquement à la borne supérieure 20 par un deuxième conducteur 40 de liaison. En position de fermeture le serrage des doigts 26a, 26b ; 26c, 26d sur l'extension 34, 36 correspondante est renforcé par l'attraction électrodynamique s'exerçant entre lesdits doigts de chaque paire parcourus par des courants de même sens.
  • Le circuit auxiliaire 16, branché en parallèle au circuit principal 14 à l'intérieur de l'enveloppe 10, comporte des contacts d'arc alignés dont l'un fixe 42 est relié à la borne supérieure 20, et dont l'autre mobile 44 est solidaire d'une tige 46 conductrice accouplée à une manivelle 48 de commande. Le mécanisme d'actionnement extérieur transmet le mouvement à la manivelle 48 par l'intermédiaire d'un arbre 50 de transmission rotatif traversant la paroi de l'enveloppe 10 avec interposition d'un palier étanche 52. Une liaison électrique à mouvement relatif, notamment un conducteur shunt 54 flexible, est agencée dans le circuit auxiliaire 16 entre la tige 46 et la borne inférieure 22.
  • Une cloison 56 intermédiaire, parallèle au fond 58 et au couvercle 12 du pôle, partage l'espace interne de l'enveloppe 10 enÓeux compartiments 60, 62 distincts superposés. Le compartiment inférieur 60 renferme les contacts principaux 24, 38, et le compartiment supérieur 62 contient l'intervalle de coupure 64 ménagé entre les contacts d'arc 42, 44 en position séparée. La séparation physique entre la zone d'interruption des contacts principaux et l'intervalle de coupure 64 évite tout risque de réamorçage de l'arc au voisinage de ladite zone par suite de gaz chauds pollués provenant de la coupure.
  • Les bornes 20, 22 d'amenée de courant forment des noeuds de dérivation des deux circuits principal 14 et auxiliaire 16, et le conducteur shunt 54 est parcouru exclusivement par le courant de défaut. Les deux circuits 14, 16 s'étendent parallèlement à l'intérieur de l'enveloppe 10 avec un faible décalage transversal, de manière à former une boucle de faible réactance, le circuit 14 suivant la plus courte trajectoire.
  • Le dispositif d'autosoufflage 66 d'un type bien connu des spécialistes est agencé dans le compartiment supérieur 62 et comprend un piston 68 mobile assujetti à la tige 46. Le piston 68 porte une buse de soufflage 70 entourant coaxialement les contacts d'arc 42, 44 en position de fermeture, et coopère à coulissement limité avec un cylindre 72 fixe pour délimiter un volume 74 pistonnable de compression du gaz isolant. Lors de la séparation des contacts d'arc 42, 44, un écoulement de gaz de soufflage est chassé par des ouvertures 76 prévues dans le piston 68 dans le convergent de la buse 70, vers l'intervalle de coupure 64 pour l'extinction de l'arc.
  • Le mécanisme d'actionnement comporte une liaison cinématique 78 reliant mécaniquement la tige 46 du contact d'arc 44 au contact mobile principal 24 pour transformer le mouvement rectiligne de la tige 46 en un mouvement de pivotement du contact 24 lors de la course de l'équipage mobile du disjoncteur. Cette liaison cinématique 78 est dotée d'un levier de transmission 80 assujetti aux doigts 26 et coopérant par son extrémité opposée avec un tourillon 82 d'entraînement fixé sur la tige 46. La course des pinces du contact mobile principal 24 est différente et en particulier plus courte que celle du contact d'arc mobile 44.
  • Le fonctionnement du disjoncteur selon les figures 1 et 2 découle de la description précédente, et il suffit de rappeler qu'en position de fermeture du disjoncteur, le courant nominal circule dans le circuit principal 14 dont la résistance électrique est inférieure à celle du circuit auxiliaire 16. Le trajet du courant est le suivant : borne supérieure 20, conducteur de liaison 40, contact principal fixe 38, contact principal mobile 24 (représenté en pointillé, fig. 1), conducteur de liaison 30, borne inférieure 22. Aucun courant notable ne circule dans le shunt 54.
  • Après détection d'un courant de défaut sur le réseau à protéger, le mécanisme d'actionnement provoque la translation axiale vers le bas (selon le sens de la flèche F) de la tige 46 et le pivotement du levier 80 dans le sens horaire entraînant l'ouverture des contacts principaux 24, 38, et la commutation du courant dans le circuit auxiliaire 16 de shuntage. Le trajet du courant de défaut est alors le suivant : borne supérieure 20, contact d'arc fixe 42, contact d'arc mobile 44, tige 46, conducteur shunt 54, conducteur 30, borne inférieure 22. La course poursuivie de l'équipage mobile provoque la séparation des contacts d'arc 42, 44 et le soufflage de gaz d'extinction de l'arc. La zone de coupure 64 est séparée physiquement des contacts principaux 38, 24, notamment par la cloison 56 et empêche tout réamorçage de l'arc entre lesdits contacts principaux.
  • A la fermeture du disjoncteur, les contacts d'arc 42, 44 peuvent se fermer en premier ou au contraire après la fermeture des contacts principaux 24, 38 selon les conditions de fonctionnement souhaitées. Le dispositif de commande est bien entendu agencé en conséquence.
  • Le contact mobile principal 24 pourrait aussi être agencé en forme de pont actionné en translation radiale ou axiale par la liaison cinématique 78 lors du déplacement axial de la tige 46.
  • L'invention est applicable à un disjoncteur à autosoufflage pneumatique, a autosoufflage magnétique ou à autosoufflage magnétique et pneumatique combiné.

Claims (6)

1. Disjoncteur électrique à autosoufflage ayant une enveloppe étanche allongée (10) remplie d'un gaz isolant à rigidité diélectrique élevée, notamment de l'hexafluorure de soufre, et contenant :
a) un circuit principal (14) de passage du courant ayant une paire de contacts principaux (24, 38) dont l'un est mobile
b) un circuit auxiliaire (16) de shuntage du circuit principal pour la coupure du courant, s'étendant sur une trajectoire parallèle au circuit principal et ayant une paire de contacts d'arc (42, 44), dont l'un est mobile (44), ces contacts d'arc étant dans la même enveloppe et le même gaz que les contacts principaux (24, 38) ;
c) une paire de traversées (20, 22) espacées le long de la paroi de l'enveloppe (10) et constituant une borne d'entrée et une borne de sortie du disjoncteur et auxquelles sont connectés le circuit principal ainsi que le circuit auxiliaire :
d) un mécanisme de commande (46, 48, 50, 80) agencé de façon telle que les contacts principaux (24, 38) sont séparés avant les contacts d'arc (42, 44),
caractérisé par les caractéristiques suivantes :
e) le circuit principal (14) est situé sur une première trajectoire disposée entre le côté de l'enveloppe (10) ou sont situées les bornes et la trajectoire du circuit auxiliaire, cette première trajectoire étant faiblement décalée transversalement de la trajectoire du circuit auxiliaire et plus courte que celle-ci ;
f) les contacts principaux (24, 38) comportent un contact mobile (38) pivotant aligné en position de fermeture dans le circuit principal (14) ;
g) l'une des extrémités du contact principal mobile (38) coopère directement avec l'une desdites traversées (20, 22) ;
h) le mouvement de pivotement est dérivé du coulissement d'une tige (46) de commande du contact d'arc (44) mobile du circuit auxiliaire.
2. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la zone de séparation desdits contacts principaux (24, 38) à l'intérieur de l'enveloppe (10) est espacée de la zone de séparation des contacts d'arc (42, 44) avec interposition d'une cloison (56) interne pour éviter une interaction des coupures principale et auxiliaire.
3. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une chaîne cinématique (82, 80) reliant lesdits contacts mobiles (24, 44) pour séparer lesdits contacts principaux (24, 38) avant les contacts d'arc (42, 44), la course d'ouverture des contacts principaux (24, 38) étant inférieure à celles des contacts d'arc (42, 44).
4. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par un ensemble à piston (68) et cylindre (72) de soufflage pneumatique associé auxdits contacts d'arc (42, 44) pour être actionné par le déplacement du contact d'arc (44) mobile et engendrer un soufflage de l'arc tiré lors de la séparation des contacts d'arc.
5. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par un moyen magnétique engendrant un champ magnétique de soufflage de l'arc tiré entre les contacts d'arc (42, 44).
6. Disjoncteur selon les revendications 4 et 5, caractérisé par le fait qu'il comporte à la fois un moyen magnétique de soufflage de l'arc et un moyen de soufflage pneumatique de l'arc.
EP79400819A 1978-11-14 1979-11-05 Disjoncteur électrique à circuits principal et auxiliaire séparés Expired EP0011542B2 (fr)

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Application Number Title Priority Date Filing Date
EP79400819A Expired EP0011542B2 (fr) 1978-11-14 1979-11-05 Disjoncteur électrique à circuits principal et auxiliaire séparés

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EP (1) EP0011542B2 (fr)
JP (1) JPS5568021A (fr)
CS (1) CS231167B2 (fr)
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FR (1) FR2441916A1 (fr)

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