EP0053524B1 - Self blast electrical circuit breaker with rotating arc - Google Patents
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Description
L'invention est relative à un disjoncteur électrique à autosoufflage par rotation selon le préambule de la revendication 1.The invention relates to an electric circuit breaker with self-blowing by rotation according to the preamble of claim 1.
Le document EP-A-0 011 542 décrit un disjoncteur électrique du genre mentionné dans lequel le circuit principal est disposé d'une manière quasi-indépendante du circuit auxiliaire de coupure à l'intérieur de l'enveloppe étanche. Cette disposition particulière permet une simplification notable d'un disjoncteur à autosoufflage pneumatique du type commercialement dénommé FLUARC, et il s'est avéré intéressant d'utiliser cette technique dans les disjoncteurs à arc tournant. Les disjoncteurs à arc tournant utilisent une bobine de soufflage insérée dans le circuit auxiliaire et l'augmentation de la réactance du circuit auxiliaire s'oppose à une commutation rapide du courant sur ce circuit auxiliaire.The document EP-A-0 011 542 describes an electrical circuit breaker of the kind mentioned in which the main circuit is arranged in a quasi-independent manner from the auxiliary breaking circuit inside the sealed enclosure. This particular arrangement allows a significant simplification of a pneumatically self-blowing circuit breaker of the type commercially known as FLUARC, and it has proved advantageous to use this technique in rotary arc circuit breakers. Rotary arc circuit breakers use a blowing coil inserted in the auxiliary circuit and the increase in the reactance of the auxiliary circuit prevents rapid switching of the current on this auxiliary circuit.
Le document EP-A-0 012 048 concerne un interrupteur à arc tournant équipé de contacts principaux disposés coaxialement à l'intérieur d'une paire de contacts d'arc en forme de pistes annulaires. L'une des pistes est accolée à la face frontale d'une bobine de soufflage magnétique, connectée électriquement en série des contacts d'arc. Lors d'une séparation des contacts principaux l'arc tiré commute rapidement sur les pistes annulaires en mettant en circuit la bobine, qui souffle en rotation l'arc sur les pistes annulaires pour réaliser une extinction rapide de l'arc. Le trajet du courant par les contacts principaux est coaxial à celui des contacts d'arc et la réactance des deux circuits est quasi-identique, ce qui facilite la commutation du courant d'un circuit vers l'autre. La proximité des contacts principaux et des contacts d'arc présente des risques de reclaquage sur les contacts principaux et impose des sujétions d'encombrement.The document EP-A-0 012 048 relates to a rotary arc switch equipped with main contacts arranged coaxially inside a pair of arcing contacts in the form of annular tracks. One of the tracks is attached to the front face of a magnetic blowing coil, electrically connected in series with the arcing contacts. When the main contacts are separated, the drawn arc switches quickly to the annular tracks by switching on the coil, which blows the arc in rotation on the annular tracks to achieve rapid extinction of the arc. The current path through the main contacts is coaxial with that of the arcing contacts and the reactance of the two circuits is almost identical, which facilitates switching of the current from one circuit to the other. The proximity of the main contacts and of the arcing contacts presents risks of reclaking on the main contacts and imposes space constraints.
La présente invention a pour but de permettre la réalisation d'un disjoncteur électrique à àrc tournant équipé de contacts principaux indépendants d'une structure particulièrement simple et ce but est atteint par la mise en oeuvre des caractéristiques mentionnées dans la revendication 1.The object of the present invention is to allow the production of an electric circuit breaker with rotating arc fitted with independent main contacts of a particularly simple structure and this object is achieved by the implementation of the characteristics mentioned in claim 1.
La présence d'un circuit de shuntage permet une ouverture du disjoncteur en trois phases distinctes, en l'occurrence une première phase de séparation des contacts principaux avec commutation du courant sur le circuit de shuntage, une deuxième phase de séparation des contacts de shuntage avec formation d'un arc de commutation et une troisième phase de transfert de l'arc sur les contacts d'arc avec mise en circuit de la bobine de soufflage imposant une rotation rapide de l'arc sur les contacts d'arc en forme de pistes annulaires. Le contact mobile de shuntage assure le transfert de l'arc sur des contacts d'arc fixes disposés à une distance optimale d'extinction de l'arc.The presence of a shunt circuit allows opening of the circuit breaker in three distinct phases, in this case a first phase of separation of the main contacts with switching of the current on the shunt circuit, a second phase of separation of the shunt contacts with formation of a switching arc and a third phase of transfer of the arc to the arcing contacts with switching on of the blow-off coil imposing a rapid rotation of the arc on the arcing contacts in the form of tracks annulars. The movable shunt contact ensures the transfer of the arc to fixed arcing contacts arranged at an optimal extinction distance from the arc.
Un interrupteur connu (US-A-2 227 507) à coupure dans l'air comporte un ensemble constitué de contacts principaux, de contacts d'arc et de cornes de guidage de l'arc vers une chambre de coupure. Les contacts d'arc sont conformés de manière à éviter une séparation prématurée de ces contacts, en l'occurrence avant l'extinction de l'arc tiré entre les contacts principaux et les cornes d'arc sont disposées à proximité immédiate des contacts d'arc pour capter l'arc déplacé par effet de boucle des contacts d'arc vers les cornes. Les trois circuits empruntés successivement par le courant pendant la phase d'ouverture de l'interrupteur sont sensiblement parallèles et leurs réactances sont quasi-identiques. La commutation d'un circuit vers l'autre s'effectue facilement à condition d'une observation stricte de la séquence des mouvements d'ouverture et l'objet du brevet est un agencement imposant cette séquence de mouvement.A known switch (US-A-2 227 507) for breaking in the air comprises an assembly consisting of main contacts, arcing contacts and horns for guiding the arc towards a breaking chamber. The arcing contacts are shaped so as to avoid premature separation of these contacts, in this case before the extinction of the arcing between the main contacts and the arcing horns are arranged in the immediate vicinity of the contacts. arc to capture the arc displaced by the loop effect from the arc contacts to the horns. The three circuits borrowed successively by the current during the opening phase of the switch are substantially parallel and their reactances are almost identical. Switching from one circuit to the other is easily carried out provided that the sequence of opening movements is strictly observed and the subject of the patent is an arrangement imposing this movement sequence.
Selon un développement de l'invention, le contact mobile de shuntage est agencé en couteau pivotant monté à rotation sur le même axe que le couteau formant le contact principal mobile. La séparation préalable des contacts principaux est réalisée avantageusement par une conformation particulière des contacts de shuntage, de manière à permettre une solidarisation mécanique des contacts mobiles principal et de shuntage. Les contacts d'arc sont disposés tangentiellement à la trajectoire de déplacement du contact mobile de shuntage, de façon à capter l'arc et à mettre en circuit la bobine de soufflage immédiatement après la séparation des contacts de shuntage.According to a development of the invention, the mobile shunting contact is arranged as a pivoting knife mounted for rotation on the same axis as the knife forming the main moving contact. The prior separation of the main contacts is advantageously carried out by a particular conformation of the shunt contacts, so as to allow mechanical attachment of the main movable and shunt contacts. The arcing contacts are arranged tangentially to the displacement path of the movable shunt contact, so as to pick up the arc and to switch on the blow-off coil immediately after the shunt contacts are separated.
Selon un développement de l'invention, l'équipage mobile formé par les contacts mobiles principal et de shuntage, porte une palette qui provoque au cours de son déplacement lors d'une ouverture du disjoncteur un déplacement de gaz de soufflage facilitant le transfert de l'arc des contacts de shuntage vers les contacts d'arc.According to a development of the invention, the movable assembly formed by the main movable and shunt contacts, carries a pallet which causes, during its movement during opening of the circuit breaker, a displacement of blowing gas facilitating the transfer of the of the shunt contacts to the arcing contacts.
La commande du disjoncteur est particulièrement simple et la masse de l'équipage mobile est faible, ce qui facilite une séparation rapide des contacts.Control of the circuit breaker is particularly simple and the mass of the moving element is low, which facilitates rapid separation of the contacts.
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 aux dessins annexées, dans lesquels:
- la fig. 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un disjoncteur selon l'invention, représenté en position fermée;
- la fig. 2 est une vue de gauche du dispositif de contacts permanent et de shuntage selon la fig. 1;
- les fig. 3 et 4 sont des vues partielles de la fig. 1, montrant les contacts respectivement en cours d'ouverture et en position ouverte.
- fig. 1 is a schematic view in axial section of a circuit breaker according to the invention, shown in the closed position;
- fig. 2 is a view from the left of the permanent contact and shunting device according to FIG. 1;
- fig. 3 and 4 are partial views of FIG. 1, showing the contacts respectively during opening and in open position.
Sur les figures, un pôle d'un disjoncteur à autosoufflage comporte une enveloppe 10 étanche en un matériau isolant remplie d'un gaz à rigidité diélectrique élevée, notamment de l'hexafluorure de soufre, sous une pression appropriée. Des traversées 12, 14 conformées en bornes d'amenée de courant traversent des fonds opposés 16,18 de l'enveloppe 10 et s'étendent suivant une trajectoire rectiligne. La traversée 12 porte un contact fixe principal 20 susceptible de coopérer avec un contact principal mobile 22 en forme de couteau monté à pivotement sur un axe fixe 24 porté par un prolongement 26 de la traversée 14. En se référant plus particulièrement à la fig.2, on voit que dans l'exemple illustré par les figures, le contact principal mobile 22 est constitué par deux couteaux 22a, 22b, venant enserrer en position de fermeture des plages 20a, 20b, constituant le contact principal fixe 20. Sur l'axe fixe 24 est monté à rotation un contact mobile de shuntage 28 constitué par une paire de couteaux 28a, venant enserrer en position de fermeture un contact fixe de shuntage 30 électriquement et mécaniquement relié à la traversée 12 par un support 32. Des ressorts de compression 34 enfilés sur une tige 36 et intercalés entre les couteaux 22a, 22b, 28a, sollicitent les couteaux d'une même paire en rapprochement, de manière à exercer une force de serrage d'une part sur les contacts fixes 20a, 20b, 30, et d'autre part sur des extensions 38 de la traversée 14 intercalées entre les paires de couteaux au niveau de l'axe fixe 24. La force de serrage des couteaux, 22a, 22b, 28a est accrue par les forces électrodynamiques parcourant les contacts d'une manière bien connue des spécialistes. Les couteaux 22a, 22b, 28a sont mécaniquement solidarisés par un axe 40 traversant des orifices ménagés dans les couteaux, et sur lequel est articulée l'extrémité d'une bielle de commande 42. Le contact mobile de shuntage 28 est intercalé entre les couteaux 22a, 22b du contact principal mobile 22, et il est clair que d'autres dispositions opérantes peuvent être utilisées et que le contact mobile principal ou le contact mobile de shuntage peut comporter un nombre différent de couteaux, notamment un couteau unique.In the figures, a pole of a self-blowing circuit breaker comprises a sealed
La bielle de commande 42 est articulée par son extrémité opposée au maneton 44 d'une manivelle 46 calée sur un arbre de commande 48 traversant la paroi de l'enveloppe 10 et actionnée par un mécanisme de commande d'un type quelconque bien connu des spécialistes. En position de fermeture du disjoncteur, représentée à la fig. 1, le contact mobile principal 22 et le contact mobile de shuntage 28 s'étendent sensiblement dans la direction rectiligne des traversées 12, 14, assurant un circuit principal de passage de courant pratiquement de longueur minimale. Une rotation de l'arbre de commande 48 est transmise par l'ensemble bielle 42 - manivelle 46 à l'équipage mobile, constitué par les couteaux 22a, 22b, 28a, de manière à faire pivoter ces couteaux sur l'articulation formée par l'axe 24 vers une position d'ouverture, représentée à la fig. 4, sensiblement perpendiculaire à la position initiale de fermeture.The
Les couteaux 28a du contact de shuntage 28 présentent une longueur supérieure à celle des couteaux 22a, 22b du contact principal 22, et le contact fixe de shuntage 30 décalé en hauteur sur la fig. 2 par rapport aux contacts fixes principaux 22a, 22b, présente une partie 50 en saillie en direction de la position d'ouverture par rapport aux contacts fixes principaux 20a, 20b. Cette disposition en saillie 50 du contact fixe de shuntage 30 permet une séparation des contacts principaux 22, 20 avant la séparation des contacts de shuntage 28, 30 lors d'une manoeuvre d'ouverture du disjoncteur. L'ouverture retardée des contacts de shuntage 28, 30 peut bien entendu résulter d'une conformation différente des contacts principaux 20, 22 ou du contact mobile de shuntage 28, ou être réalisée par un agencement particulier du mécanisme de commande 46,42.The knives 28a of the
L'enveloppe 10 contient de plus un circuit auxiliaire 52, constitué par un contact d'arc fixe 54, électriquement et mécanniquement solidarisé par un support 56 à la traversée 14, et un ensemble fixe 58 solidarisé par un support conducteur 60 à la traversée 12. L'ensemble fixe 58 comporte un contact d'arc 62 en forme de piste annulaire disposée en regard et à écartement fixe du contact d'arc fixe 54, également conformé en piste annulaire. L'ensemble fixe 58 comporte de plus une bobine de soufflage 64, constituée par un empilage de disques fendus accolés à la face arrière du contact d'arc 62. L'ensemble fixe 58 peut être du type décrit dans le document FR-A-2 464 550, auquel on se reportera avantegeusement pour de plus amples renseignements. Il suffit de rappeler que la bobine 64 est connectée en série des contacts d'arc 54, 62 dans le circuit auxiliaire 52. Le circuit auxiliaire 52 est disposé latéralement du circuit principal 20, 22, 26 à une distance suffisante à un libre débattement en direction du circuit auxiliaire 52 des contacts mobiles 22, 28. Le contact d'arc 62, associé à la bobine 64, est disposé tangentiellement et à faible intervalle 66, de la partie en saillie 50 du contact de shuntage fixe 30.The
Le contact d'arc fixe 54 est disposé d'une manière analogue tangentiellement à la trajectoire circulaire décrite par l'extrémité du contact mobile de shuntage 28. En position d'ouverture du disjoncteur, représentée à la fig. 4, les contacts mobiles principal 22 et de shuntage 28 viennent en position de retrait du contact d'arc 54, de façon à empêcher tout réamorçage de l'arc sur les contacts mobiles 22, 28. Un intervalle isolant 68 sépare les contacts d'arc 54, 62 empêchant tout passage de courant dans le circuit auxiliaire 52 et de ce fait toute alimentation de la bobine 64 en position fermée du disjoncteur, représentée à la fig. 1.The fixed
Le disjoncteur selon l'invention fonctionne de la manière suivante:
- En position fermée, représentée à la fig. 1, le quasi-totalité du courant permanent entrant par la
borne 12 parcourt les contacts principaux fixes 20a, 20b, les contacts principaux mobiles 22a, 22b en position fermée pour sourtir par la borne opposée 14. Une faible partie du courant permanent parcourt le circuit de shuntage constitué par le contact fixe deshuntage 30 et le contact mobile deshuntage 28. Labobine 64 n'est pas alimentée du fait de l'interruption du circuit auxiliaire 52 par l'intervalle isolant 68. L'échauffement dû au passage du courant permanent est minimal, le trajet suivi par le courant étant de longueur minimale. Lors d'une commande d'ouverture par rotation de l'arbre decommande 48, les couteaux principaux 22a, 22b et les couteaux 28a du contact deshuntage 28 sont pivotés dans le sens des aiguilles d'une montre sur la fig. 1 par l'ensemblebielle 42manivelle 46. En une position intermédiaire, représentée à la fig. 3, les contacts principaux 20, 22.se séparent alors que les contacts de 28, 30 sont encore fermés. La séparation des contacts principaux 20, 22 provoque une commutation du courant sur le circuit de shuntage, cette commutation s'effectuant sans arc, la réactance du circuit de shuntage étant quasi identique à celle du circuit principal. Le circuit auxiliaire 52 reste temporairement hors circuit. Au cours du mouvement poursuivi de pivotement desshuntage couteaux 22a, 22b, 28a, les contacts de 28, 30 se séparent également en tirant un arc de commutation entre la partie enshuntage saillie 50 du contact fixe deshuntage 30 et l'extrémité du contact mobile deshuntage 28. La racine de l'arc ancrée sur la partie ensaillie 50 commute rapidement par effet de boucle sur le contact d'arc adjacent 62 mettant en circuit la bobine desoufflage 64. En fin de mouvement d'ouverture, la reacine ancrée sur le contact mobile deshuntage 28 commute sur le contact d'arc 54 et l'arc est soufflé en rotation sur les contacts annulaires 54, 62 par le champ magnétique engendré par labobine 64 d'une manière bien connue des spécialistes. L'intervalle 68 correspond à la distance optimale d'extinction de l'arc. On voit que la séparation des contacts principaux 20, 22, qui assurent la fonction de conduction du courant permanent, s'effectue toujours sans arc, l'arc de commutation étant tiré entre les contacts de shuntage 28, 30, qui ne contribuent pratiquement pas à la conduction du courant permanent. Les contacts d'arc 54, 62 sont fixes et ont pour seule fonction l'extinction de l'arc. L'ensemble est particulièrement simple, et la masse de l'équipage mobile constituée par les couteaux 22a, 22b, 28a est faible. Dès la mise en circuit de la bobine 64 l'arc de commutation est soumis à un soufflage en rotation.
- In the closed position, shown in fig. 1, almost all of the permanent current entering via
terminal 12 flows through the fixedmain contacts 20a, 20b, the movablemain contacts 22a, 22b in the closed position to flow through theopposite terminal 14. A small part of the permanent current flows through the circuit shunt consisting of the fixedshunt contact 30 and the mocontact shunt bile 28. Thecoil 64 is not supplied due to the interruption of theauxiliary circuit 52 by the insulatinggap 68. The heating due to the passage of the permanent current is minimal, the path followed by the current being minimum length. During an opening command by rotation of thecontrol shaft 48, themain knives 22a, 22b and the knives 28a of theshunt contact 28 are pivoted clockwise in FIG. 1 by therod 42crank 46 assembly. In an intermediate position, shown in FIG. 3, the 20, 22. separate while themain contacts 28, 30 are still closed. The separation of theshunt contacts 20, 22 causes a switching of the current on the shunting circuit, this switching taking place without an arc, the reactance of the shunting circuit being almost identical to that of the main circuit. Themain contacts auxiliary circuit 52 remains temporarily off. During the continued pivoting movement of theknives 22a, 22b, 28a, the 28, 30 also separate by drawing a switching arc between the projectingshunt contacts part 50 of the fixedshunt contact 30 and the end of the movable contact ofshuntage 28. The root of the arc anchored on the projectingpart 50 quickly switches by loop effect on theadjacent arc contact 62 switching on the blowingcoil 64. At the end of the opening movement, the reacine anchored on themobile shunting contact 28 switches on thearcing contact 54 and the arc is blown in rotation on the 54, 62 by the magnetic field generated by theannular contacts coil 64 in a manner well known to specialists.Interval 68 corresponds to the optimal arc extinction distance. We see that the separation of the 20, 22, which provide the function of conduction of the permanent current, is always carried out without arc, the switching arc being drawn between themain contacts 28, 30, which practically do not contribute to the conduction of the permanent current. The arcingshunt contacts 54, 62 are fixed and have the sole function of extinguishing the arcing. The assembly is particularly simple, and the mass of the mobile assembly constituted by thecontacts knives 22a, 22b, 28a is small. As soon as thecoil 64 is switched on, the switching arc is subjected to a rotational blowing.
Il est avantageux d'associer à l'équipage mobile, constitué par le contact mobile principal 22 et le contact de shuntage mobile 28, une plaque 70 (fig. 1) dont le mouvement provoque un déplacement du gaz contenu dans l'enveloppe 10 en direction des contacts d'arc 54, 62, provoquant un soufflage de l'arc et facilitant la commutation de l'arc des contacts de shuntage 28, 30 vers les contacts d'arc 54, 62. La présence de la plaque de soufflage 70 accroît légèrement l'énergie de commande, mais cette dernière reste relativement faible par rapport à celle nécessaire au dispositif d'autosoufflage pneumatique par piston- nage de gaz.It is advantageous to associate with the movable assembly, constituted by the main
Il est clair qu'on ne sortirait pas du cadre de l'invention en utilisant un contact d'arc semi-fixe ou mobile ou en remplaçant les contacts mobiles en couteaux par des contacts coulissants ou de tout autre type.It is clear that it would not go beyond the scope of the invention to use a semi-fixed or movable arcing contact or to replace the movable contacts in knives with sliding contacts or of any other type.
Claims (10)
characterized by the fact that it comprises a pair of shunt contacts (28, 30) arranged in a shunt circuit adjacent to said main contacts (20, 22), said shunt contacts (28, 30) being arranged to separate after said main contacts (20, 22) in order to avoid any commutation arc on the main contacts and said movable shunt contact (28) moving near by said arcing contacts (54, 62) in order to transmit the arc drawn on the separated shunt contacts onto said arcing contacts.
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