EP0045229B1 - Interrupteur à arc tournant double - Google Patents

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EP0045229B1
EP0045229B1 EP81401079A EP81401079A EP0045229B1 EP 0045229 B1 EP0045229 B1 EP 0045229B1 EP 81401079 A EP81401079 A EP 81401079A EP 81401079 A EP81401079 A EP 81401079A EP 0045229 B1 EP0045229 B1 EP 0045229B1
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EP
European Patent Office
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arc
contacts
contact
coil
moving contact
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Expired
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EP81401079A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP0045229A1 (fr
Inventor
Georges Bernard
Pierre Leclercq
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Merlin Gerin SA
Original Assignee
Merlin Gerin SA
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Publication date
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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
    • H01H33/18—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using blow-out magnet
    • 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
    • H01H33/98—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being initiated by an auxiliary arc or a section of the arc, without any moving parts for producing or increasing the flow
    • H01H33/982—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being initiated by an auxiliary arc or a section of the arc, without any moving parts for producing or increasing the flow in which the pressure-generating arc is rotated by a magnetic field

Definitions

  • the invention relates to a rotary arc switch according to the preamble of claim 1.
  • Document EP-A1-12048 describes a rotary arc switch in which one of the roots of the arc is magnetically blown in rotation on an annular electrode covering the front face of the coil. The other root follows this movement with a certain delay and the arc extinction conditions are not optimal.
  • the coil surrounds the fixed contact, limiting the space available for housing main contacts and / or cut-off gas exhaust pipes.
  • the object of the present invention is to improve the aforementioned switch, in particular to increase its voltage performance, by placing two chambers in series produced by the features of claim 1.
  • the arc drawn during the separation of the contacts is subdivided into two divisional arcs anchored on the two electrodes framing the coil, and each divisional arc is subjected to the magnetic blowing action. generated by the coil.
  • the space freed up by the coil. on the side of the fixed contact facilitates the housing of the main contacts and that of a discharge gas discharge pipe for the pneumatic blowing of the arc.
  • the document FR-A-1 014 637 relates to a low voltage switch having a stack of metal deionization plates in which the arc penetrates by dividing. On the top, the bottom and inside of this stack are arranged coils in the form of wafers which magnetically blow the arc in the stack and in rotation.
  • This switch makes use of a different principle of extinguishing the arc, in this case cooling in contact with metal plates.
  • the field lines are perpendicular to the front faces of the wafers and have a radial component only in the intermediate part between two coils, the polarities of which must moreover be opposite. Only the middle section of the arc is rotated and the coil on top of the stack does not allow the housing of main contacts.
  • the fixed and movable contacts are tubular in shape to allow gases to escape through the contacts and ensure pneumatic blowing of the arcs anchored on the contacts.
  • the enclosure is advantageously subdivided by two intermediate partitions into three chambers, the middle chamber containing the contacts and constituting a breaking chamber communicating in the position of separation of the contacts with the two adjacent expansion chambers.
  • the action of the arcs drawn between the contacts causes a thermal expansion of the gas from the breaking chamber and an exhaust towards the expansion chambers through the tubular contacts.
  • the internal diameter of the blowing coil is only slightly greater than the diameter of the tubular movable contact which passes through it in the closed position, so as to have an intense magnetic blowing field in the arc zone.
  • Opposite the annular electrodes flanking the faces of the coil are advantageously arranged annular rings of equivalent diameter associated with the fixed contact and with the movable contact so as to pick up the divisional arcs in a manner known per se.
  • a casing 10 of cylindrical shape made of an insulating material is closed in a leaktight manner at its ends by bottoms 12, 14, constituting input and output terminals of the switch.
  • the envelope 10 is filled with an electronegative gas, such as sulfur hexafluoride, under an appropriate pressure.
  • the bottom 12 is traversed in a sealed manner by a sliding rod 16 for control extended in its internal part to the casing 10 by a tubular movable contact 18 having at its end an annular contact face 20.
  • the tubular movable contact 18 is surrounded in its rear part by a tubular support 22, the end 24 of which is shaped as a support collar for a tulip contact, designated by the general reference 26.
  • the tulip contact 26 comprises in a manner well known to specialists a plurality of contact fingers 28, distributed circumferentially around the collar 24 and of the movable tubular contact 18, a spring 30 holding the ends of the contact fingers 28 in abutment with the collar 24 and a spring 32 holding the opposite ends of the contact fingers 28 in contact with the periphery of the movable tubular contact 18.
  • the contact fingers extend into an annular arc track 34 projecting from the end 20 of the movable tubular contact 18 in. retracted opening of the latter.
  • a tubular contact, called semi-fixed 36 is slidably mounted in the support 22 ', a spring 38 cooperating with the semi-fixed contact 36 to urge the latter in the projecting position, shown on the part right of the figure, in which the front face 40 of arcing contact is set back from the annular ring 34 ', the contact fingers 28' being in abutment of the external periphery of the semi-fixed contact 36.
  • This last contact 36 can be pushed against the spring 38 in a withdrawal position, shown on the left side of the figure.
  • Intermediate partitions 42, 44 subdivide the internal volume of the enclosure 10 into three chambers, in this case a breaking chamber 46, delimited by the partitions 42, 44, and two expansion chambers 48, 50, delimited respectively by the partition 42 and the bottom 14, and the partition 44 and the bottom 12.
  • the movable 18 and semi-fixed contacts 36 as well as the contact tulips. 26, 26 ′ are arranged coaxially in the breaking chamber 46.
  • the internal volumes of the movable 18 and semi-fixed contacts 36 communicate via orifices 52, respectively with the expansion chamber 50 and with the expansion chamber 48, allowing an escape of the breaking gases from the breaking chamber 46 towards the expansion chambers 48, 50.
  • a blowing coil 54 In the central part of the cutting chamber 46 is arranged a blowing coil 54, of annular shape, being interposed at substantially the same distance between the tulip contacts 26, 26 '.
  • the annular lateral faces of the coil 54 are capped by electrodes 56, 58, each having an annular bead track 60, 62 facing the arc crowns 34 'and 34 respectively.
  • the coil 45 and the annular electrodes 56, 58 are clamped between flanges 64 by bolts 66, the assembly being secured to the intermediate partition 42 by one or more supports 68.
  • a cylinder 70 made of a magnetic material with the interposition of an insulating section or of an insulating material resistant to the action of the arc sheaths the cylindrical internal face of the coil 54 and has an internal diameter slightly greater than that of the movable tubular contact 18 to allow passage of this latter with little play.
  • the supply conductors of the coil 54 are electrically connected respectively to the annular electrode 56 and to the annular electrode 58.
  • Screens 72 extending the annular electrodes 56, 58 are arranged as deflectors of the gases ionized by the arc.
  • the arrangement is not necessarily symmetrical, as described and illustrated by the appended figure, and that the coil 54 may include a magnetic circuit for reinforcing the blowing field.
  • the subdivision of the arc into two divisional arcs with insertion of the blowing coil can be used in combination with additional blowing means, either by thermal expansion of the gases, or by self-compression by piston and cylinder or self-suction.
  • additional blowing means either by thermal expansion of the gases, or by self-compression by piston and cylinder or self-suction.
  • the fixed arrangement, illustrated by the figure, of the blowing coil is the simplest, it is conceivable to use a semi-fixed coil, which accompanies the movable contact in its opening movement over a limited stroke, so to generate the magnetic field more quickly.

Landscapes

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

Description

  • L'invention est relative à un interrupteur à arc tournant selon le préambule de la revendication 1.
  • Le document EP-A1-12048 décrit un interrupteur à arc tournant dans lequel l'une des racines de l'arc est soufflée magnétiquement en rotation sur une électrode annulaire coiffant la face frontale de la bobine. L'autre racine suit ce déplacement avec un certain retard et les conditions d'extinction de l'arc ne sont pas optimales. La bobine entoure le contact fixe en limitant la place disponible au logement de contacts principaux et/ou de conduits d'échappement des gaz de coupure.
  • La présente invention a pour but de perfectionner l'interrupteur précité, notamment d'en accroître les performances de tension, par une mise en série de deux chambres réalisée par les caractéristiques de la revendication 1.
  • Grâce au décalage de la bobine vers le milieu de la chambre l'arc tiré lors de la séparation des contacts se subdivise en deux arcs divisionnaires ancrés sur les deux électrodes encadrant la bobine, et chaque arc divisionnaire est soumis à l'action de soufflage magnétique engendré par la bobine. L'espace libéré par la bobine . du côté du contact fixe facilite le logement des contacts principaux et celui d'un conduit d'évacuation dés gaz de coupure pour le soufflage pneumatique de l'arc.
  • Le document FR-A-1 014 637 est relatif à un interrupteur basse tension ayant un empilage de plaques métalliques de déionisation dans lequel pénètre l'arc en se subdivisant. Sur le dessus, le dessous et à l'intérieur de cet empilage sont disposées des bobines en forme de galettes qui soufflent magnétiquement l'arc dans l'empilage et en rotation. Cet interrupteur fait usage d'une principe différent d'extinction de l'arc, en l'occurrence de refroidissement au contact de plaques métalliques. Les lignes de champ sont perpendiculaires aux faces frontales -des galettes et comportent une composante radiale uniquement dans la partie intermédiaire entre deux bobines dont les polarités doivent d'ailleurs être opposées. Seul le tronçon médian de l'arc est entraîné en rotation et la bobine sur le dessus de l'empilage ne permet pas le logement de contacts principaux.
  • Selon un développement de l'invention, les contacts fixe et mobile sont de forme tubulaire pour permettre un échappement des gaz à travers les contacts et assurer un soufflage pneumatiques des arcs ancrés sur les contacts. L'enceinte est avantageusement subdivisée par deux cloisons intermédiaires en trois chambres, la chambre médiane contenant les contacts et constituant une chambre de coupure communiquant en position de séparation des contacts avec les deux chambres d'expansion adjacentes. L'action des arcs tirés entre les contacts provoque une expansion thermique du gaz de la chambre de coupure et un échappement vers les chambres d'expansion à travers les contacts tubulaires. Le diamètre interne de la bobine de soufflage n'est que légèrement supérieur au diamètre du contact mobile tubulaire qui la traverse en position de fermeture, de façon à disposer d'un champ magnétique de soufflage intense dans la zone d'arc. En regard des électrodes annulaires flanquant les faces de la bobine sont avantageusement disposées des couronnes annulaires de diamètre équivalent associées au contact fixe et au contact mobile de manière à capter les arcs divisionnaires d'une manière connue en soi.
  • D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté au dessin annexé, dans lequel:
    • la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un pôle d'interrupteur selon l'invention, la demi-vue de gauche représentant l'interrupteur en position "fermé", et la demi-vue de droite représentant cet interrupteur en position "ouvert".
  • Sur la figure, une enveloppe 10 de forme cylindrique en un matériau isolant, est obturée d'une manière étanche à ses extrémités par des fonds 12, 14, constituant des bornes d'entrée et de sortie de l'interrupteur. L'enveloppe 10 est remplie d'un gaz électronégatif, tel que l'hexafluorure de soufre, sous une pression appropriée. Le fond 12 est traversé d'une manière étanche par une tige coulissante 16 de commande prolongée dans sa partie interne à l'enveloppe 10 par un contact mobile tubulaire 18 présentant à son extrémité une face annulaire de contact 20. Le contact mobile tubulaire 18 est entouré dans sa partie arrière d'un support tubulaire 22 dont l'extrémité 24 est conformée en collet de support d'un contact en tulipe, désigné par le repère général 26. Le contact en tulipe 26 comprend d'une manière bien connue des spécialistes une pluralité de doigts de contact 28, répartis circonférentiellement autour du collet 24 et du contact tubulaire mobile 18, un ressort 30 maintenant les extrémités des doigts de contact 28 en appui du collet 24 et un ressort 32 maintenant les extrémités opposées des doigts de contact 28 au contact de la périphérie du contact mobile tubulaire 18. Les doigts de contact se prolongent en une piste annulaire d'arc 34 faisant saillie de l'extrémité 20 du contact tubulaire mobile 18 en position rétractée d'ouverture de ce dernier.
  • Au fond opposé 14 est fixé, d'une manière analogue à celle décrite ci-dessus, un support 22' portant à son extrémité une tulipe de contact 26' dont les éléments constitutifs sont identiques à ceux de la tulipe de contact 26 et sont affectés du même numéro de repère portant un indice. Un contact tubulaire, dit semi-fixe 36 est monté à coulissement limité dans le support 22', un ressort 38 coopérant avec le contact semi-fixe 36 pour solliciter ce dernier en position de saillie, représentée sur la partie droite de la figure, dans laquelle la face frontale 40 de contact d'arc est en retrait de la couronne annulaire 34', les doigts de contact 28' étant en appui du pourtour externe du contact semi-fixe 36. Ce dernier contact 36 peut être repoussé à l'encontre du ressort 38 en une position de retrait, représentée sur la partie gauche de la figure. Des cloisons intermédiaires 42, 44 subdivisent le volume interne de l'enceinte 10 en trois chambres, en l'occurrence une chambre de coupure 46, délimitée par les cloisons 42, 44, et deux chambres d'expansion 48, 50, délimitées respectivement par la cloison 42 et le fond 14, et la cloison 44 et la fond 12. Les contacts mobile 18 et semi-fixe 36 ainsi que les tulipes de contact.26, 26' sont disposés co- axialement dans la chambre de coupure 46. Les volumes intérieurs des contacts mobile 18 et semi-fixe 36 communiquent par des orifices 52, respectivement avec la chambre d'expansion 50 et avec la chambre d'expansion 48, permettant un échappement des gaz de coupure hors de la chambre de coupure 46 vers les chambres d'expansion 48, 50.
  • Dans la partie centrale de la chambre de coupure 46 est disposée une bobine de soufflage 54, de forme annulaire, en étant intercalée sensiblement à la même distance entre les contacts en tulipe 26, 26'. Les faces latérales annulaires de la bobine 54 sont coiffées par des électrodes 56, 58, présentant chacune une piste annulaire en bourrelet 60, 62 faisant face respectivement aux couronnes d'arc 34' et 34. La bobine 45 et les électrodes annulaires 56, 58 sont serrées entre des brides 64 par des boulons 66, l'ensemble étant assujetti à la cloison intermédiaire 42 par un ou plusieurs supports 68. Un cylindre 70, en un matériau magnétique avec interposition d'un tronçon isolant ou en un matériau isolànt résistant à l'action de l'arc, gaine la face interne cylindrique de la bobine 54 et présente un diamètre interne légèrement supérieur à celui du contact tubulaire mobile 18 pour permettre un passage à faible jeu de ce demier. Les conducteurs d'alimentation de la bobine 54 sont reliés électriquement respectivement à l'électrode annulaire 56 et à l'électrode annulaire 58. Des écrans 72 prolongeant les électrodes annulaires 56, 58 sont agencés en déflecteurs des gaz ionisés par l'arc.
  • L'interrupteur selon l'invention fonctionne de la manière suivante:
    • En position "ferme", représentée sur la partie gauche de la figure, les contacts tubulaire mobile 18 et semi-fixe 36 sont aboutés, le contact semi-fixe 36 étant repoussé en position de retrait mettant en contact le pourtour du contact mobile 18 et le contact principal en tulipe 26'. La quasi-totalité du courant parcourt le support 22', le contact en tulipe 26', le contact mobile 18; le contact en tulipe 26 et le support 22, seule une fraction du courant passant par les extrémités du contact d'arc 20, 40. Un coulissement vers le bas sur la figure, de la tige de commande 16 provoque en un premier stade la séparation des contacts principaux constitués par la tulipe de contact 26' et le pourtour externe du contact mobile 18, cette séparation s'effectuant sand arc. Le contact semi-fixe 36 accompagne dans son déplacement le contact mobile 18 et la courant est commuté sur les contacts d'arc 20, 40. A la fin de cette phase initiale le contact semi-fixe 36 vient en butée et le déplacement poursuivi du contact mobile 18 provoque la séparation des contacts d'arc 20, 40 avec formation d'un arc. La racine de l'arc commute rapidement du contact semi-fixe 36 sur la courone annulaire 34'. Le contact mobile 18 défile par la suite devant l'électrode annulaire 60 et l'électrode annulaire 62 en créant une subdivision de l'arc en deux arcs divisionnaires ancrés sur les électrodes annulaires 60, 62 mettant en circuit la bobine 54. En fin de course d'ouverture le contact mobile 18 vient en retrait de la couronne annulaire d'arc 34 sur laquelle commute l'arc. Le champ magnétique engendré par la bobine de soufflage 54 provoque une rotation des racines des arcs divisionnaires sur les électrodes annulaires 60, 62 et les couronnes annulaires 34, 34'. Les gaz contenus dans la chambre de coupure 46 sont soumis à l'action des arcs et à une expansion thermique provoquant un échappement des gaz à travers les contacts tubulaires 18, 36 vers les chambres d'expansion 48, 50. L'action combinée du soufflage magnétique par rotation des arcs et du soufflage pneumatique par expansion thermique des gaz et écoulement à travers les contacts tubulaires engendre une extinction rapide des arcs. La fermeture s'effectue par un mouvement de coulissement en sens inverse du contact mobile 18, qui vient en premier lieu en contact de la face annulaire 40 du contact semi-fixe 36, puis en contact de la tulipe de contact 26', le contact semi-fixe 36 étant repoussé en position de retrait. L'ouverture des contacts principaux s'effectue sans arc et de ce fait sans risque d'érosion. La bobine 54 est hors circuit en position de fermeture de l'interrupteur, sa mise en circuit s'effectuant automatiquement lors de l'ouverture.
  • Il est clair que la disposition n'est pas obligatoirement symétrique, telle que décrite et illustrée par la figure annexée, et que la bobine 54 peut comporter un circuit magnétique de renforcement du champ de soufflage. La subdivision de l'arc en deux arcs divisionnaires avec insertion de la bobine de soufflage peut être utilisée en combinaison avec des moyens de soufflage additionnels, soit par expansion thermique des gaz, soit par autocompression par piston et cylindre ou autoaspiration. Quoique la disposition fixe, illustrée par la figure, de la bobine de soufflage soit la plus simple, il est concevable d'utiliser une bobine semi-fixe, qui accompagne le contact mobile dans son mouvement d'ouverture sur une course limitée, de manière à engendrer le champ magnétique plus rapidement.

Claims (4)

1. Interrupteur à arc tournant ayant une enceinte étanche (10) remplie d'un gaz à rigidité diélectrique élevée, dans laquelle sont logés:
- une paire de contacts (36, 18) séparables coaxiaux dont un contact mobile (18) coulissant dans la direction axiale pour venir en position séparée,
- une bobine annulaire (54) de soufflage agencée pour engendrer un champ magnétique transversal dans la zone d'extension de l'arc tiré lors de la séparation desdits contacts,
- au moins une électrode annulaire (56, 58) intercalée dans la zone d'extension de l'arc pour capter ce dernier, ladite électrode étant reliée électriquement à ladite bobine (54) pour mettre en circuit cette dernière lors du transfert de l'arc sur l'électrode et soumettre la racine de l'arc à une rotation sur l'électrode annulaire, caractérisé en ce qu'il comporte des contacts principaux (18, 26') et des contacts d'arc (20, 40), ces derniers se séparant au cours du mouvement de coulissement du contact mobile (18) après la séparation des contacts principaux (18, 26'), et une seule bobine (54) dotée d'un orifice de passage du contact mobile (18) et disposée dans la zone de séparation desdits contacts d'arc (20, 40) en position séparée, ladite bobine (54) étant flanquée sur ses deux faces latérales de deux électrodes (56, 58) annulaires reliées électriquement respectivement à l'entrée et à la sortie de la bobine et faisant face respectivement à l'un (36) et à l'autre desdits contacts d'arc (20, 40) en position séparée.
2. Interrupteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la bobine (54) est intercalée sensiblement au milieu entre lesdits contacts d'arc (20, 40) en position séparée.
3. Interrupteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite enceinte (10) comporte deux cloisons intermédiares (42, 44) de subdivision de l'enceinte en une chambre de coupure (46) encadrée de deux chambres d'expansion (48, 50) lesdits contacts d'arc (20, 40) étant de forme tubulaire et traversant lesdites cloisons pour permettre un échappement des gaz à travers lesdits contacts hors de la chambre de coupure (46) vers les deux chambres d'expansion (48, 50).
4. Interrupteur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdits contacts d'arc (20, 40) coopérant pour aboutement, le contact (36) coopérant avec le contact mobile (18) étant monté à coulissement limité pour permettre l'engagement du pourtour cylindrique du contact mobile (18) dans une tulipe de contact principal (26').
EP81401079A 1980-07-17 1981-07-06 Interrupteur à arc tournant double Expired EP0045229B1 (fr)

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FR8015858A FR2487113A1 (fr) 1980-07-17 1980-07-17 Interrupteur a arc tournant double
FR8015858 1980-07-17

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Publication Number Publication Date
EP0045229A1 EP0045229A1 (fr) 1982-02-03
EP0045229B1 true EP0045229B1 (fr) 1984-12-27

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JP (1) JPS5732521A (fr)
DE (1) DE3167928D1 (fr)
FR (1) FR2487113A1 (fr)

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Also Published As

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JPS5732521A (en) 1982-02-22
FR2487113B1 (fr) 1983-07-29
EP0045229A1 (fr) 1982-02-03
FR2487113A1 (fr) 1982-01-22
DE3167928D1 (en) 1985-02-07

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