EP0040781A1 - Sectionneur de poste blindé à haute tension - Google Patents

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EP0040781A1
EP0040781A1 EP19810103784 EP81103784A EP0040781A1 EP 0040781 A1 EP0040781 A1 EP 0040781A1 EP 19810103784 EP19810103784 EP 19810103784 EP 81103784 A EP81103784 A EP 81103784A EP 0040781 A1 EP0040781 A1 EP 0040781A1
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contact
disconnector
hemispherical
tip
diameter
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EP19810103784
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EP0040781B1 (fr
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Lucien Orgeret
Gilles Voisin
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Alsthom Atlantique SA
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Alsthom Atlantique SA
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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
    • H01H33/24—Means for preventing discharge to non-current-carrying parts, e.g. using corona ring

Definitions

  • the invention relates to a high voltage shielded substation disconnector in a coaxial metal casing filled with compressed dielectric gas, said disconnector comprising a movable contact, cooperating with a fixed contact, said contacts being each carried by a fixed tubular contact holder coaxial with the 'envelope, the opposite ends of the contact carriers being each provided with a substantially hemispherical corona hood having a re-entrant cylindrical neck intended for the passage of the associated contact, said movable contact having a hemispherical tip.
  • a disconnector only cuts and establishes very low currents, generally capacitive currents corresponding to the capacitance of a busbar under voltage.
  • the object of the invention is to provide a slow-action disconnector, in which the fixed and mobile contacts and the corona shields have a shape such that the length of the arc is small, the electric field in the vicinity of the axis of the contacts. is also weak and that the arc from its birth and during its development remains in the zone with weak field in the vicinity of the axis.
  • the subject of the invention is a disconnector for a shielded substation in a coaxial metal casing filled with compressed dielectric gas, said disconnector comprising a movable contact cooperating with a fixed contact, said contacts being each carried by a fixed tubular contact holder coaxial with the casing, the opposite ends of the contact carriers being provided with a substantially hemispherical corona hood having a re-entrant cylindrical neck intended for the passage of the movable contact, said movable contact having a hemispherical endpiece, characterized in that the fixed contact comprises a semi-mobile contact with hemispherical tip of the same diameter as that of the tip of the mobile contact. In the open position, the end of the tip of the semi-mobile contact is preferably disposed between the entry threshold of the corona hood and the end of the writing circle of its hemispherical part.
  • the tip of the movable contact being disposed back from the entry threshold of the cylindrical neck of the corona hood, the distance separating the thresholds of the corona hoods is between 50% and 100% of the diameter hemispherical parts.
  • the diameter of the cylindrical necks is preferably between 20% and 35% of the diameter of the hemispherical parts.
  • FIG. 1 there is shown a portion of an armored substation, made up of tubular metallic envelopes 1, the ends of which have connection flanges 2, between which are insulated isolators 3 which support active parts of the installation arranged coaxially.
  • the tubular casings 1 are filled with a dielectric gas such as sulfur hexafluoride under a pressure of three to five bars.
  • the envelopes 1 contain the constituent elements of a disconnector whose movable part is arranged on the right and the fixed part is arranged on the left.
  • the movable part of the disconnector comprises a tubular movable contact 8, coaxial with the casing 1, the visible end of which comprises a hemispherical end piece 9.
  • the axial movement of the movable contact 8 is controlled by means of a mechanism not shown under operator dependence.
  • the movable contact 8 is placed inside a tubular contact carrier 4 supported by the insulator 3.
  • the movable contact 8 is connected to the contact carrier 4 by means of sliding contacts 46 arranged in circular grooves 45 formed inside the contact holder 4.
  • a corona hood 7 is disposed between the insulator 3 and the end of the contact holder 4 surrounding the end piece 9.
  • the cover 7 comprises a hemispherical part 70 connecting an envelope cylindrical 71 to a cylindrical neck 72 returning inwards, the cylindrical parts have a generator parallel to the disconnector axis.
  • the fixed part of the disconnector comprises a semi-movable tubular contact 13 coaxial with the casing 1, one end of which comprises a hemispherical end piece 14 disposed opposite the end piece 9.
  • the semi-mobile contact 13 has at its other end a collar 15 subjected to a fixed compression spring 16 which tends to press it against a ring 17 forming a stop.
  • a tubular contact carrier 10, disposed around the semi-mobile contact 13 and coaxial with the casing 1, is supported by an insulator similar to the insulator 3, not shown in the figure.
  • the spring 16 is secured inside the contact carrier 10 which supports on the opposite side a ring of contact fingers 12 capable of cooperating with the semi-mobile contact 13 disposed sliding along the ring 17.
  • a corona hood 6 similar to the cover 7 is arranged at the end of the contact carrier 10 and facing the cover 7.
  • the cover 6 thus comprises a hemispherical part 60 connecting a cylindrical envelope 61 to a cylindrical neck 62 returning inwards, the parts cylindrical with a generator parallel to the axis of the disconnector.
  • the diameters of the cylindrical parts 61 and 71 on the one hand and 62 and 72 on the other are equal, while the radii of curvature of the hemispherical parts 60 and 70 are the same.
  • the end of the hemispherical end piece 9 of the movable contact 8 is disposed slightly back from the entry threshold 73 of the cylindrical neck 72.
  • the end of the hemispherical end piece 14 is arranged substantially midway between the entry threshold 63 of the cylindrical neck 62 and what would constitute the end 64 of the sphere of inscription of the hemispherical part 60.
  • the movable contact 8 and the end piece 9 are moved from right to left.
  • the end piece 9 takes in particular the intermediate position traced in dashes and identified at 59 in this position; the distance between the cover 6 and the end piece 59 is short and a hail arc 20 erupts between these elements.
  • the deformed electric field in the vicinity of the end pieces 59 and 14 is represented by the equipotential lines 23 drawn by dashes, at the upper part of Figure 1.
  • the arc 20 remaining substantially parallel to the equipotential lines does not tend to move. It goes out when the ferrules 9 and 14 come into galvanic contact.
  • the disconnector When the disconnector has completed its stroke, the contact is established between the contact fingers 12 and the movable contact 8, which has the same diameter as the semi-movable contact 13 and which is pushed back against the action of the spring 16; its tip 14 takes the position marked at 54 and the tip is then at 69.
  • the diameter of the hemispherical ends 9 and 6 and of the tubular contacts 8 and 13 is between 20 and 35% of the diameter of the cylindrical parts 71 and 61 of the covers 7 and 6.
  • FIG. 2 there is shown an alternative embodiment of the covers which still gives good results.
  • the entry threshold 63 of the cylindrical neck 62 has a flat transverse range, the right end of the cover 6 represents a flat part with a diameter, the outside diameter does not exceed half the diameter of the cylindrical part 61.
  • disconnector it is also possible to simplify the contact on the side of the fixed part by removing the tube 13, its end piece 14 and the spring 16, but retaining the contact fingers 12 and the cover 6 the shape of which is shown in FIG. 1.
  • the pre-priming or cutting arc then bursts between the end piece 9 and the hemispherical end 61 of the cover 6.
  • the contact end piece may have a blind hole.
  • This arrangement can interest both the end piece 9 and the end piece 14.
  • FIG. 3 represents such a end piece 80 comprising a blind hole 81; the edges of the hole are rounded, this allows the arc to be centered, forcing it to hang on the end of the end piece (rounded end of the hole).
  • the dimensions of the hole are as follows for the best result: diameter of the hole d between 10 and 30% of the maximum diameter D of the nozzle 80, radius r of the rounding at the end of the hole between 20 and 50% of the hole diameter.

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  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Circuit Breakers (AREA)

Abstract

L'invention est relative à un sectionneur pour poste blindé sous enveloppe métallique coaxiale remplie de gaz diélectrique comprimé. Le sectionneur qui comprend un contact mobile coopérant avec un contact fixe, lesdits contacts étant portés chacun par un porte-contact tubulaire fixe coaxial avec l'enveloppe, les extrémités en regard des porte-contact étant munies d'un capot pare-effluves sensiblement hémisphérique présentant un col cylindrique rentrant destiné au passage du contact mobile, ledit contact mobile présentant un embout hémisphérique, est caractérisé en ce que les extrémités en regard des porte-contact (4, 10) sont munies d'un capots pare-effluves (7, 6) sensiblement hémisphérique présentant un col cylindrique (72, 62) rentrant destiné au passage du contact mobile (8). L'invention s'applique aux installations à haute tension.

Description

  • L'invention concerne un sectionneur de poste blindé à haute tension sous enveloppe métallique coaxiale remplie de gaz diélectrique comprimé, ledit sectionneur comprenant un contact mobile, coopérant avec un contact fixe, lesdits contacts étant portés chacun par un porte-contact tubulaire fixe coaxial avec l'enveloppe, les extrémités en regard des porte-contact étant munies chacune d'un capot pare-effluves sensiblement hémisphérique présentant un col cylindrique rentrant destiné au passage du contact associé, ledit contact mobile présentant un embout hémisphérique.
  • Un sectionneur ne coupe et n'établit que des courants très faibles, généralement des courants capacitifs correspondant à la capacitance d'un jeu de barres sous tension.
  • S'agissant d'un sectionneur disposé à l'air libre, à l'intérieur d'un bâtiment ou à l'extérieur, la coupure d'un tel courant et son établissement ne causent que des effets négligeables, les distances entre pièces sous tension et les charpentes ou parois mises à la terre étant grandes. Mais pour les postes blindés sous enveloppe métallique remplie de gaz isolant, tels qu'ils sont utilisés pour des tensions atteignant 800 kV, les distances sont courtes et les gradients de tension sont élevés.
  • Pour avoir les distances minimales, la distribution du champ électrique doit être homogène ; on utilise aussi des capots mis sous tension qui élèvent le seuil de tension de l'apparition d'effluves. De tels capots présentent souvent entre entrée et sortie du sectionneur une partie plate perpendiculaire à l'axe du sectionneur, associée par des arrondis à une partie cylindrique très lisse, dont l'axe se confond avec l'axe du sectionneur.
  • Lors des manoeuvres d'ouverture et de fermeture d'un sectionneur, à vitesse de manoeuvre lente, un arc de coupure d'abord de préamorçage prend naissance. Cet arc aura tendance à se déplacer sous l'action du champ électrique à la périphérie des capots pare-effluves, puis la racine de l'arc peut sauter sur l'enveloppe métallique située à courte distance. L'arc grèle dû au courant capacitif dégénère alors en arc de puissance, arc de défaut à la terre, à l'intérieur de l'enveloppe.
  • Il est connu par le document DE-A 27 04 385 de placer un écran métallique sous tension autour du contact fixe et à une distance radiale supérieure à la distance de préamorçage. L'arc de préamorçage ou de coupure est alors piégé par l'écran, il ne peut s'étendre jusqu'à l'enveloppe, mais ceci augmente la course du sectionneur.
  • Il est aussi connu d'utiliser un mécanisme à ouverture et fermeture brusques qui, réduisant considérablement la durée de l'arc, empêche ce dernier de se développer de façon erratique. Un tel dispositif, généralement adopté pour les interrupteurs est très onéreux pour le sectionneur.
  • L'invention a pour but un sectionneur à manoeuvre lente, dans lequel les contacts fixes et mobiles et les capots pare-effluves ont une forme telle que la longueur de l'arc soit faible, le champ électrique au voisinage de l'axe des contacts soit faible aussi et que l'arc dès sa naissance et au cours de son développement reste dans la zone à faible champ au voisinage de l'axe.
  • L'invention a pour objet un sectionneur pour poste blindé sous enveloppe métallique coaxiale remplie de gaz diélectrique comprimé, ledit sectionneur comprenant un contact mobile, coopérant avec un contact fixe, lesdits contacts étant portés chacun par un porte-contact tubulaire fixe coaxial avec l'enveloppe, les extrémités en regard des porte-contact étant munies d'un capot pare-effluves sensiblement hémisphérique présentant un col cylindrique rentrant destiné au passage du contact mobile, ledit contact mobile présentant un embout hémisphérique, caractérisé en ce que le contact fixe comporte un contact semi-mobile à embout hémisphérique de même diamètre que celui de l'embout du contact mobile. En position d'ouverture, l'extrémité de l'embout du contact semi-mobile est de préférence disposée entre le seuil d'entrée du capot pare-effluves et l'extrémité du cercle d'inscription de sa partie hémisphérique.
  • Selon une mise en oeuvre préférée de l'invention, l'embout du contact mobile étant disposé en retrait du seuil d'entrée du col cylindrique du capot pare-effluves, la distance séparant les seuils des capots pare-effluves est comprise entre 50% et 100% du diamètre des parties hémisphériques. Le diamètre des cols cylindriques est de préférence compris entre 20% et 35% du diamètre des parties hémisphériques.
  • L'invention sera décrite ci-après plus en détail à l'aide des figures ci-annexées.
    • La figure 1 représente une vue schématique partielle et en coupe axiale d'un sectionneur de poste blindé selon l'invention.
    • La figure 2 représente une vue schématique en coupe axiale d'une variante de capot pare-effluves d'un sectionneur selon l'invention.
    • La figure 3 représente une vue en coupe agrandie d'une variante de l'embout de contact.
  • Dans la figure 1 on a représenté une portion de poste blindé, constitué à l'aide d'enveloppes métalliques tubulaires 1, dont les extrémités comportent des brides de raccordement 2, entre lesquelles sont serrés des isolateurs 3 qui supportent des parties actives de l'installation disposées coaxialement. Les enveloppes tubulaires 1 sont remplies d'un gaz diélectrique tel que de l'hexafluorure de soufre sous une pression de trois à cinq bars.
  • Les enveloppes 1 contiennent les éléments constitutifs d'un sectionneur dont la partie mobile est disposée à droite et la partie fixe est disposée à gauche.
  • La partie mobile du sectionneur comprend un contact mobile tubulaire 8, coaxial avec l'enveloppe 1, dont l'extrémité visible comporte un embout hémisphérique 9. Le déplacement axial du contact mobile 8 est commandé par l'intermédiaire d'un mécanisme non représenté sous la dépendance d'un opérateur. Le contact mobile 8 est placé à l'intérieur d'un porte-contact 4 tubulaire supporté par l'isolateur 3. Le contact mobile 8 est relié au porte-contact 4 par l'intermédiaire de contacts glissants 46 disposés dans des rainures circulaires 45 ménagées à l'intérieur du porte-contact 4. Un capot pare-effluves 7 est disposé entre l'isolateur 3 et l'extrémité du porte-contact 4 entourant l'embout 9. Le capot 7 comporte une partie hémisphérique 70 reliant une enveloppe cylindrique 71 à un col cylindrique 72 rentrant vers l'intérieur, les parties cylindriques comportent une génératrice parallèle à l'axe du sectionneur.
  • La partie fixe du sectionneur comprend un contact semi-mobile tubulaire 13 coaxial avec l'enveloppe 1, dont une extrémité comporte un embout hémisphérique 14 disposé en regard de l'embout 9. Le contact semimobile 13 comporte sur son autre extrémité un collet 15 soumis à un ressort de compression fixe 16 qui a tendance à l'appuyer contre une bague 17 formant butée. Un porte-contact 10 tubulaire, disposé autour du contact semi-mobile 13 et coaxial avec l'enveloppe 1, est supporté par un isolateur similaire à l'isolateur 3, non représenté dans la figure. Le ressort 16 est assujetti à l'intérieur du porte-contact 10 qui supporte du côté opposé une couronne de doigts de contact 12 susceptible de coopérer avec le contact semi-mobile 13 disposé coulissant le long de la bague 17. Un capot pare-effluves 6 analogue au capot 7 est disposé à l'extrémité du porte-contact 10 et en regard du capot 7. Le capot 6 comporte ainsi une partie hémisphérique 60 reliant une enveloppe cylindrique 61 à un col cylindrique 62 rentrant vers l'intérieur, les parties cylindriques comportant une génératrice parallèle à l'axe du sectionneur. Les diamètres des parties cylindriques 61 et 71 d'une part et 62 et 72 d'autre part sont égaux, tandis que les rayons de courbure des parties hémisphériques 60 et 70 sont les mêmes.
  • En position d'ouverture représentée en figure 1, l'extrémité de l'embout hémisphérique 9 du contact mobile 8 est disposé légèrement en retrait du seuil 73 d'entrée du col cylindrique 72. Par contre l'extrémité de l'embout hémisphérique 14 est disposée sensiblement à mi-distance entre le seuil d'entrée 63 du col cylindrique 62 et ce qui constituerait l'extrémité 64 de la sphère d'inscription de la partie hémisphérique 60.
  • Lors de la fermeture du sectionneur, le contact mobile 8 et l'embout 9 sont déplacés de droite à gauche. L'embout 9 prend en particulier la position intermédiaire tracée en tirets et repérée en 59 dans cette position ; la distance entre le capot 6 et l'embout 59 est courte et un arc grèle 20 jaillit entre ces éléments. Le champ électrique déformé au voisinage des embouts 59 et 14 est représenté par les lignes équipotentielles 23 tracées par des tirets, à la partie supérieure de la figure 1. L'arc 20 restant sensiblement parallèle aux lignes équipotentielles n'a pas tendance à se déplacer. Il s'éteint lors de l'entrée en contact galvanique des embouts 9 et 14. Quand le sectionneur a terminé sa course, le contact s'établit entre les doigts de contact 12 et le contact mobile 8, qui a le même diamètre que le contact semi-mobile 13 et qui est repoussé contre l'action du ressort 16 ; son embout 14 prend la position repérée en 54 et l'embout est alors en 69.
  • Dans ces conditions, on obtient dans l'intervalle entre les capots 7 et 6 un champ électrique dont les lignes équipotentielles 22, sensiblement symétriques sont matérialisées par des tirets à la partie inférieure de la figure 1.
  • Lors de l'ouverture du sectionneur, le déplacement du contact mobile 8 de gauche à droite entraîne le même mouvement de gauche à droite du contact semi-mobile 13 sous l'action du ressort 16 jusqu'à ce que le collet 15 vienne buter contre la bague 17. Après séparation galvanique des embouts 9 et 14 un arc prend naissance entre ces embouts, l'arc étant dans une zone à faible gradient reste rectiligne et se déplace au maximum sur l'extrémité droite du capot 6. La forme sphérique du capot 6 empêche le déplacement de l'arc vers la partie cylindrique 60 et vers l'enveloppe 1. Le courant a une très faible valeur, inférieure à un ampère, et l'arc s'éteint de lui-même dans le gaz diélectrique d'hexafluorure de soufre quand la distance entre les embouts 9 et 14 est suffisante. On obtient de bons résultats quand la distance d'ouverture séparant les capots 7 et l'embout 9 est comprise entre 50% et 100% du diamètre des enveloppes cylindriques 71 et 61, la valeur optimale étant voisine de 75%.
  • Le diamètre des embouts hémisphériques 9 et 6 et des contacts tubulaires 8 et 13 est compris entre 20 et 35% du diamètre des parties cylindriques 71 et 61 des capots 7 et 6.
  • Dans la figure 2 on a représenté une variante de réalisation des capots qui donne encore de bons résultats. Le seuil 63 d'entrée du col cylindrique 62 comporte une plage transversale plate dont l'extrémité droite du capot 6 représente une partie plate d'un diamètre, le diamètre extérieur ne dépasse pas la moitié du diamètre de la partie cylindrique 61.
  • Dans une autre variante de réalisation du sectionneur, non représentée, on peut aussi simplifier le contact du côté de la partie fixe en supprimant le tube 13, son embout 14 et le ressort 16, mais en conservant les doigts de contact 12 et le capot 6 dont la forme est représentée sur la figure 1. L'arc de préamorçage ou de coupure éclate alors entre l'embout 9 et l'extrémité hémisphérique 61 du capot 6.
  • Dans une autre variante l'embout de contact peut présenter un trou borgne. Cette disposition peut intéresser aussi bien l'embout 9 que l'embout 14. La figure 3 représente un tel embout 80 comportant un trou borgne 81 ; les bords du trou sont arrondis, ceci permet de centrer l'arc, en le forçant à s'accrocher sur l'extrémité de l'embout (extrémité arrondie du trou). Les dimensions du trou sont les suivantes pour le meilleur résultat : diamètre du trou d entre 10 et 30% du diamètre maximal D de l'embout 80, rayon r de l'arrondi à l'extrémité du trou compris entre 20 et 50% du diamètre du trou.

Claims (4)

1/ Sectionneur pour poste blindé à haute tension, sous enveloppe métallique coaxiale (1) remplie de gaz diélectrique comprimé, ledit sectionneur comprenant un contact mobile (8), coopérant avec un contact fixe (13), lesdits contact étant portés chacun par un porte-contact (4, 10) tubulaire fixe coaxial avec l'enveloppe, les extrémités en regard des porte-contact étant munies chacune d'un capot pare-effluves (6, 7) sensiblement hémisphérique présentant un col cylindrique (62, 72) rentrant destiné au passage du contact associé, ledit contact mobile présentant un embout hémisphérique (9), caractérisé en ce que le contact fixe est constitué d'un contact semi- mobile (13) à embout hémisphérique (14) de même diamètre que celui de l'embout (9) du contact mobile (8).
2/ Sectionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en position d'ouverture l'extrémité de l'embout (14) du contact semi- mobile (13) est disposée entre le seuil du capot pare-effluves (6) et l'extrémité (64) du cercle d'inscription de sa partie hémisphérique (60).
3/ Sectionneur selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que, l'embout (9) du contact mobile (8) étant disposé en retrait du seuil (73) de l'entrée du col cylindrique (72) du capot pare-effluves (7), la distance séparant les seuils (72, 62) des capots (7, 6) pare-effluves est comprise entre 50% et 100% du diamètre des parties hémisphériques (70, 60) de ces capots.
4/ Sectionneur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'embout (9, 14) d'au moins un des contacts est percé d'un trou borgne dans son axe, le diamètre de ce trou étant compris entre 10 et 30% du diamètre maximal de l'embout, l'extrémité externe du trou étant arrondie, le rayon de cet arrondi est compris entre 20 et 50% du diamètre du trou.
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