EP0239068A1 - Gas blast switch - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a pressurized dielectric gas circuit breaker of the type comprising a compression volume and a thermal volume.
- compression volume is meant a volume whose gas is pushed by a piston and directed on the arc which forms during the separation of the arcing contacts.
- the subject of the invention is a pressurized dielectric gas circuit breaker of the type comprising fixed main contacts, fixed arcing contacts, a mobile assembly comprising main contacts and arcing contacts, a blowing device comprising a semi cylinder. -mobile separated by a fixed piston into first and second chambers, the first of which communicates with a blowing nozzle, and a thermal volume opening onto the separation zone of the fixed arcing contacts and the arcing contacts of the mobile assembly, characterized in that a communication is established between the thermal volume and said second chamber to allow the gas heated by the arc in the thermal volume to help the displacement of the cylinder and the compression of the gas of the first bedroom.
- a fixed assembly comprising a substantially tubular metal assembly 3 connected to a fixed block 4 electrically connected to an outlet not shown.
- the tube 3 has at its end a thinned part 6 terminated by an insulating part or made of metal resistant to the arc.
- the tube 3 is also provided at its end with a. metal part 11 constituting the fixed main contact of the circuit breaker, and of an insulating blowing nozzle 12.
- the blowing volume 15 of the circuit breaker is delimited by a portion 3A of the external surface of the tube 3, by a semi-mobile cylinder 16 and by a ring 3B surrounding the tube 3 and forming a piston.
- the crown 3B and the tube 3 preferably constitute a single piece coming from machining.
- the cover 20 and the fingers 21 are fixed to a ring 22B machined from the tube 22.
- the circuit breaker works as follows:
- the energy of the arc contributes to forcefully move the semi-mobile equipment to compress the blowing volume.
- FIG. 5 shows that the semi-mobile assembly can be placed on the mobile assembly.
- the elements common to this figure and to the preceding figures have been given the same reference numbers with the addition of a premium (') and the references of the fixed and mobile assemblies have been swapped.
- the spring 25 then comes into abutment on a ring 22 'coming with the tube 22.
- Figure 6 is an alternative embodiment in which the passages 36 are closed by valves such as 36A, opening only in the direction from volume 9 to volume 35. In this way the energy of thermal origin contained in the gas heated by the arc remains inside the volume 35 and is. entirely used to assist in the compression of the volume 15. In addition, the hot gas does not disturb the blowing by the fresh gas.
- the breaking chamber comprises an arcing contact 41, tubular and semi-mobile; semi-mobile means that the tube can make a certain displacement compared to the tube 3.
- the circuit breaker works as follows:
- a primary arc A ' (see fig 9) is established between the fingers and the tube, and generates a very strong pressure in the volume 9. This pressure is communicated by the passages 36 to the volume 35 and thus promotes the compression of the blowing volume 15 for the extinction of the arc A.
- the overpressure in the volume 9 is eliminated by the calibrated holes 45.
- the 3D valve opens making it easier to fill the volume 15.
- the valve 16C opens on tripping and allows, when cutting small currents, to avoid creating a vacuum in the volume generated for the movement of 16. In the event of a large current the overpressure due to the arc closes this valve.
- FIGS 10 to 12 illustrate an alternative embodiment of the invention.
- the tubes 50 and 54 delimit a thermal volume 56. This chamber is closed by an insulating part 57 defining with the nozzle an annular blowing channel 60.
- a semi-mobile cylinder 61 terminated by a bottom 62 surrounds the tube 50.
- the tube 61 slides in leaktight fashion on a first crown 50A (coming from molding or forging with tube 50).
- a spring 63 is disposed between the crown 50A and the bottom 62; the room delimited by the elements 50, 50A, 61 and 62 is designated by 64.
- a tubular insulating cover 65 extends the cylinder 61. It defines with the bottom 62 the tube 50 and a second ring 50B, a blowing chamber 66.
- the chamber 64 communicates with the thermal volume 56 by passages 67 made in the tube 50.
- the blowing chamber 66 communicates with the annular blowing channel through passages 68.
- the movable assembly comprises a tube 70, the end 70A of which constitutes the movable arcing contact and contact fingers 71 protected by a cover 72.
- circuit breaker The operation of the circuit breaker is identical to that described with reference to FIGS. 1 to 4.
- a valve 62A opens, favoring the filling of the chamber 66.
- the invention applies to high voltage circuit breakers (greater than 45 kV) and to medium voltage.
Abstract
Elle a pour objet un disjoncteur à gaz diélectrique sous pression du type comprenant des contacts principaux fixes (11), des contacts d'arc fixes (8A), un ensemble mobile comportant des contacts principaux (21) et des contacts d'arc (22A), un dispositif de soufflage comprenant un cylindre se- mi-mobile (16) séparé par un piston fixe (3B) en deux chambres (15, 35) dont l'une (15) communique avec une buse de soufflage (12), et un volume thermique (9) s'ouvrant sur la zone de séparation des contacts d'arc fixes (8A) et des contacts d'arc (22A) de l'ensemble mobile, caractérisé en ce qu'une communication est établie entre le volume thermique (9) et ladite seconde chambre (35) pour permettre au gaz échauffé par l'arc dans le volume thermique de monter en pression et d'aider au déplacement du cylindre (16) et à la compression du gaz de la première chambre (15).It relates to a pressurized dielectric gas circuit breaker of the type comprising fixed main contacts (11), fixed arcing contacts (8A), a mobile assembly comprising main contacts (21) and arcing contacts (22A ), a blowing device comprising a semi-mobile cylinder (16) separated by a fixed piston (3B) into two chambers (15, 35) one of which (15) communicates with a blowing nozzle (12), and a thermal volume (9) opening onto the separation zone of the fixed arcing contacts (8A) and the arcing contacts (22A) of the mobile assembly, characterized in that communication is established between the thermal volume (9) and said second chamber (35) to allow the gas heated by the arc in the thermal volume to increase in pressure and to assist in the displacement of the cylinder (16) and in the compression of the gas of the first chamber (15).
Application aux disjoncteurs à haute tension. Application to high voltage circuit breakers.
Description
La présente invention est relative à un disjoncteur à gaz diélectrique sous pression du type comprenant un volume de compression et un volume thermique.The present invention relates to a pressurized dielectric gas circuit breaker of the type comprising a compression volume and a thermal volume.
Par volume de compression, on désigne un volume dont le gaz est poussé par un piston et dirigé sur l'arc qui se forme lors de la séparation des contacts d'arc.By compression volume is meant a volume whose gas is pushed by a piston and directed on the arc which forms during the separation of the arcing contacts.
Par volume thermique, on désigne un volume dont le gaz s'échauffe sous l'action de l'arc de coupure et dont la pression augmente par voie de conséquence.The term “thermal volume” denotes a volume whose gas heats up under the action of the cutting arc and whose pressure consequently increases.
L'énergie thermique ainsi obtenue est utilisée à la compression du volume de soufflage, permettant ainsi une réduction de l'énergie nécessaire à la manoeuvre du disjoncteur.The thermal energy thus obtained is used to compress the blowing volume, thereby allowing a reduction in the energy required to operate the circuit breaker.
Un disjoncteur de ce type a été décrit dans le brevet américain n° 4486632. Mais, dans ce disjoncteur, les gaz chauds du volume thermique se mélangent aux gaz frais du volume de soufflage, et réduisent alors leur pouvoir d'extinction.A circuit breaker of this type has been described in American patent n ° 4486632. But, in this circuit breaker, the hot gases of the thermal volume mix with the fresh gases of the blowing volume, and then reduce their extinguishing power.
Un but de la présente invention est de réaliser un disjoncteur ne présentant pas cet inconvénient.An object of the present invention is to provide a circuit breaker which does not have this drawback.
L'invention a pour objet un disjoncteur à gaz diélectrique sous pression du type comprenant des contacts principaux fixes, des contacts d'arc fixes, un ensemble mobile comportant des contacts principaux et des contacts d'arc, un dispositif de soufflage comprenant un cylindre semi-mobile séparé par un piston fixe en une première et une seconde chambres dont la première communique avec une buse de soufflage, et un volume thermique s'ouvrant sur la zone de séparation des contacts d'arc fixes et des contacts d'arc de l'ensemble mobile, caractérisé en ce qu'une communication est établie entre le volume thermique et ladite seconde chambre pour permettre au gaz échauffé par l'arc dans le volume thermique d'aider au déplacement du cylindre et à la compression du gaz de la première chambre.The subject of the invention is a pressurized dielectric gas circuit breaker of the type comprising fixed main contacts, fixed arcing contacts, a mobile assembly comprising main contacts and arcing contacts, a blowing device comprising a semi cylinder. -mobile separated by a fixed piston into first and second chambers, the first of which communicates with a blowing nozzle, and a thermal volume opening onto the separation zone of the fixed arcing contacts and the arcing contacts of the mobile assembly, characterized in that a communication is established between the thermal volume and said second chamber to allow the gas heated by the arc in the thermal volume to help the displacement of the cylinder and the compression of the gas of the first bedroom.
L'invention est précisée par la description ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel :
- - La figure 1 est une vue partielle en demi-coupe axiale de la chambre de coupure d'un disjoncteur réalisé conformément à la présente invention, et représenté en position fermée.
- - La figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1.
- - La figure 3 est une vue de la-même chambre au cours d'une manoeuvre d'ouverture.
- - La figure 4 est une vue de la même chambre en fin d'ouverture.
- - La figure 5 est une vue partielle en demi-coupe axiale de la chambre de coupure d'un disjoncteur réalisé selon une variante.
- - La figure 6 est une vue agrandie d'une variante de réalisation du volume thermique.
- - La figure 7 est une vue partielle en demi-coupe axiale de la chambre de coupure d'un disjoncteur selon une autre variante de réalisation, représentée en position fermée.
- - La figure 8 est une vue en coupe selon la ligne VIII-VIII de la figure 7.
- - La figure. 9 est une vue de la même chambre au cours d'une manoeuvre d'ouverture.
- - La figure 10 est une vue partielle en demi-coupe axiale de la chambre de coupure d'un disjoncteur selon une autre variante de réalisation, représenté en position fermée.
- - La figure 11 est une vue en coupe selon la ligne XI-XI de la figure 10.
- - La figure 12 est une vue de la même chambre au cours d'une manoeuvre d'ouverture.
- - Figure 1 is a partial view in axial half-section of the chamber breaking of a circuit breaker made in accordance with the present invention, and shown in the closed position.
- - Figure 2 is a sectional view along line II-II of Figure 1.
- - Figure 3 is a view of the same chamber during an opening operation.
- - Figure 4 is a view of the same chamber at the end of opening.
- - Figure 5 is a partial view in axial half-section of the breaking chamber of a circuit breaker produced according to a variant.
- - Figure 6 is an enlarged view of an alternative embodiment of the thermal volume.
- - Figure 7 is a partial view in axial half-section of the breaking chamber of a circuit breaker according to another alternative embodiment, shown in the closed position.
- - Figure 8 is a sectional view along line VIII-VIII of Figure 7.
- - The figure. 9 is a view of the same chamber during an opening operation.
- - Figure 10 is a partial view in axial half-section of the breaking chamber of a circuit breaker according to another alternative embodiment, shown in the closed position.
- - Figure 11 is a sectional view along line XI-XI of Figure 10.
- - Figure 12 is a view of the same chamber during an opening operation.
Dans la figure 1, la référence 1 désigne l'axe du disjoncteur. Ce dernier comprend une enveloppe isolante étanche 2 remplie d'un gaz diélectrique tel que l'hexafluorure de soufre, sous une pression de quelques bars.In Figure 1, reference 1 designates the axis of the circuit breaker. The latter comprises a sealed
A l'intérieur de l'enveloppe est disposé un ensemble fixe comprenant un ensemble métallique sensiblement tubulaire 3 relié à un bloc fixe 4 connecté électriquement à une prise de courant non représentée. Le tube 3 présente à son extrémité une partie amincie 6 terminée par une partie 7 isolante ou en métal résistant à l'arc. Un tube 8, auquel sont fixés des doigts de contact d'arc 8A, définit avec le tube 6 et la partie isolante ou métallique 7, un volume thermique 9.Inside the envelope is disposed a fixed assembly comprising a substantially
Le tube 3 est également muni à son extrémité d'une. partie métallique 11 constituant le contact principal fixe du disjoncteur, et d'une buse de soufflage isolante 12.The
Le volume de soufflage 15 du disjoncteur est délimité par une portion 3A de la surface extérieure du tube 3, par un cylindre semi-mobile 16 et par une couronne 3B entourant le tube 3 et formant piston. La couronne 3B et le tube 3 constituent de préférence une seule pièce venue d'usinage.The blowing
Des joints 17 et 18 assurent l'étanchéité du volume 15 et le guidage du cylindre 16.Seals 17 and 18 seal the
Le piston 3B divise donc le cylindre 16 en deux chambres l'une 15 constituant le volume de soufflage, l'autre référence 35. La chambre 35 est délimitée par le cylindre 16, le piston 3B, la pièce 3 et le fond de cylindre 16A. Le cylindre 16 est prolongé par une partie cylindrique isolante 16B venant, lorsque le disjoncteur est fermé, en butée avec un capot 20 faisant partie de l'ensemble mobile. Ce dernier comprend en outre des doigts de contact principaux 21 et un tube 22 dont l'extrémité 22A constitue le contact d'arc mobile du disjoncteur.The
Le capot 20 et les doigts 21 sont fixés à une couronne 22B venue d'usinage avec le tube 22.The
Ce dernier est relié à des moyens de déplacement non représentés. En position fermée du disjoncteur, le capot 20 pousse le cylindre 16 en comprimant un ressort 25.The latter is connected to displacement means not shown. In the closed position of the circuit breaker, the
Le volume de soufflage 15 communique avec la zone d'arc par des canaux tels que 30 pratiqués dans l'épaisseur du tube 3 et débouchant, d'un côté, dans l'espace annulaire 31 compris entre les portions isolantes 7 et 12 et, de l'autre côté, dans le volume 15 par des ouvertures 32 pratiquées dans le piston 3B.The blowing
Le volume 35 communique, par des passages 36 pratiqués dans l'épaisseur du tube 3 avec le volume thermique 9. On note que les canaux 30 et les passages 36 n'ont aucune communication entre eux, de sorte que le gaz chaud du volume thermique 9 et le gaz frais du volume de soufflage 15 ne peuvent se mélanger.The
On note enfin que le piston 3B est muni d'un clapet 3D n'autorisant le passage de gaz que de l'extérieur vers l'intérieur du volume 15.Finally, we note that the
Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant :The circuit breaker works as follows:
En position enclenchée (figure 1) le courant passe par le bloc 4, le tube 3, les contacts 11 et 21 et le tube 22.In the engaged position (Figure 1) the current flows through the block 4, the
A l'ouverture du disjoncteur, l'ensemble mobile est déplacé vers la droite de la figure. Les contacts principaux 11 et 21 se séparent les premiers et le courant passe alors par les contacts d'arc 8A et 22A. Lorsque ces derniers se séparent (figure 3) un arc A jaillit entre eux. Le capot 20 cesse d'être en butée avec le tube 16A et l'équipage semi-mobile (notamment le cylindre 16) se déplace vers la droite de la figure, sous l'action du ressort 25.When the circuit breaker opens, the mobile assembly is moved to the right in the figure. The
Le volume 15 est comprimé et du gaz frais est envoyé par les canaux 30 et le volume 31 sur l'arc A.
Simultanément l'arc A échauffe le gaz du volume 9. La pression de ce gaz augmente et par les passages 36 et le volume 35 vient pousser sur le fond de cylindre 16A, favorisant la montée en pression du volume de soufflage 15.Simultaneously the arc A heats the gas in
En fin de manoeuvre (figure 4) le volume 15 est devenu nul. Les gaz s'échappent par les trous 3C et 22C. Lors de la refermeture du disjoncteur le clapet 3D s'ouvre, facilitant le remplissage du volume de soufflage 15.At the end of the maneuver (FIG. 4) the
Les dispositions qui viennent d'être décrites confèrent au disjoncteur de grands avantages:
- a) Le gaz de soufflage de l'arc reste frais et sa tenue diélectrique n'est pas diminuée par le mélange avec du gaz chaud.
- b) Si l'arc est faible, (coupure de courant nominal) l'énergie du ressort est suffisante pour comprimer le volume de soufflage.
- a) The arc blowing gas remains fresh and its dielectric strength is not reduced by mixing with hot gas.
- b) If the arc is weak (nominal current cut) the spring energy is sufficient to compress the blowing volume.
Si l'arc est important (coupure de courant de court-circuit) l'énergie de l'arc vient contribuer à déplacer avec force l'équipage semi-mobile pour comprimer le volume de soufflage. Plus l'intensité du courant à couper est importante, plus l'énergie thermique est élevée et plus la pression de soufflage est élevée.If the arc is large (short-circuit current cut) the energy of the arc contributes to forcefully move the semi-mobile equipment to compress the blowing volume. The greater the intensity of the current to be cut, the higher the thermal energy and the higher the blowing pressure.
c) L'énergie nécessaire à la manoeuvre de l'ensemble mobile reste indépendante de la valeur de l'intensité du courant à couper.c) The energy required to operate the mobile assembly remains independent of the value of the intensity of the current to be cut.
La figure 5 montre que l'équipage semi-mobile peut être disposé sur l'ensemble mobile. Les éléments communs à cette figure et aux figures précédentes ont reçu les mêmes numéros de référence avec adjonction d'un prime (') et on a permuté les références des ensembles fixes et mobiles.FIG. 5 shows that the semi-mobile assembly can be placed on the mobile assembly. The elements common to this figure and to the preceding figures have been given the same reference numbers with the addition of a premium (') and the references of the fixed and mobile assemblies have been swapped.
On adjoint au tube 3' un tube fixe 41 servant de butée à l'équipage semi-mobile.To the
Le ressort 25 vient alors en butée sur une couronne 22' venue avec le tube 22.The
Des trous 3E, 41A et 3C servent à la dissipation des gaz après manoeuvre d'ouverture du disjoncteur.
La figure 6 est une variante de réalisation dans laquelle les passages 36 sont fermés par des clapets tels que 36A, ne s'ouvrant que dans le sens allant du volume 9 au volume 35. De la sorte l'énergie d'origine thermique contenue dans le gaz échauffé par l'arc reste à l'intérieur du volume 35 et est. toute entière utilisé à aider à la compression du volume 15. En outre le gaz chaud ne vient par perturber le soufflage par le gaz frais.Figure 6 is an alternative embodiment in which the
Les figures 7 à 9 illustrent une variante de réalisation de l'invention. Les éléments communs à ces figures et aux figures 1 à 4 ont reçu les mêmes numéros de référence.Figures 7 to 9 illustrate an alternative embodiment of the invention. The elements common to these figures and to Figures 1 to 4 have been given the same reference numbers.
La chambre de coupure comprend un contact d'arc 41, tubulaire et semi-mobile ; semi-mobile signifie que le tube peut effectuer un certain déplacement par rapport au tube 3.The breaking chamber comprises an
En position fermée du disjoncteur, le contact 41 comprime un ressort 42, car il est repoussé par le contact mobile 22.In the closed position of the circuit breaker, the
Le contact 41 ferme le volume thermique 9. Dans ce volume sont disposés, en couronne, des doigts de contact 43 venant en appui, avec une légère pression, sur le tube 41. Ces doigts sont solidaires mécaniquement et électriquement du tube fixe 3.The
On note enfin que le fond de cylindre 16A est muni d'un clapet 16C dont le rôle sera expliqué plus loin.Finally, note that the bottom of the
Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant :The circuit breaker works as follows:
lors du déplacement de l'ensemble mobile, à l'ouverture du disjoncteur, les doigts 43 restent en contact avec le tube 41 avec une légère pression.when moving the mobile assembly, when the circuit breaker, the
Il ne se produit pas d'arc entre ces doigts 43 et le tube 41 ; seule l'énergie du ressort 25 assure la pression de soufflage de l'arc qui s'établit entre le tube 41 et le tube 22.There is no arc between these
en raison des efforts électrodynamiques importants qui s'exercent sur les doigts 43, ceux-ci s'écartent légèrement du tube 41. Un arc primaire A' (voir fig 9) s'établit entre les doigts et le tube, et engendre une très forte pression dans le volume 9. Cette pression est communiquée par les passages 36 au volume 35 et favorise ainsi la compression du volume de soufflage 15 pour l'extinction de l'arc A.due to the significant electrodynamic forces exerted on the
Plus le courant à couper est important, plus l'énergie thermique de l'arc primaire A' est importante et plus la pression active est importante.The greater the current to be cut, the greater the thermal energy of the primary arc A 'and the greater the active pressure.
En fin de manoeuvre, la surpression dans le volume 9 est éliminée par les trous calibrés 45. Lorsque le disjoncteur est réenclenché, le clapet 3D s'ouvre facilitant le remplissage du volume 15. Le clapet 16C s'ouvre lors d'un déclenchement et permet, lors de la coupure des petits courants, d'éviter de faire le vide dans le volume engendré pour le mouvement de 16. En cas de grand courant la surpression due à l'arc ferme ce clapet.At the end of the maneuver, the overpressure in the
Les figures 10 à 12 illustrent une variante de réalisation de l'invention.Figures 10 to 12 illustrate an alternative embodiment of the invention.
La chambre de coupure comprend un tube fixe 50 relié par un bloc 51 à une prise non représentée. Le tube est muni à son extrémité opposée au bloc 51 d'une portion 52 formant contact principal fixe et d'une buse de soufflage 53.The breaking chamber comprises a fixed
Un tube 54, terminé par des doigts de contact d'arc 55, est fixé au tube 50.A
Les tubes 50 et 54 délimitent un volume thermique 56. Cette chambre est fermée par une pièce isolante 57 définissant avec la buse un canal annulaire de soufflage 60.The
Un cylindre semi-mobile 61, terminé par un fond 62 entoure le tube 50. Le tube 61 coulisse de manière étanche sur une première couronne 50A (venue de moulage ou de forgeage avec le tube 50).A
Un ressort 63 est disposé entre la couronne 50A et le fond 62 ; on désigne par 64 la chambre délimitée par les éléments 50, 50A, 61 et 62.A
Un capot isolant tubulaire 65 prolonge le cylindre 61. Il délimite avec le fond 62 le tube 50 et une seconde couronne 50B, une chambre de soufflage 66.A tubular insulating
La chambre 64 communique avec le volume thermique 56 par des passages 67 pratiqués dans le tube 50.The
La chambre de soufflage 66 communique avec le canal annulaire de soufflage par des passages 68.The blowing
L'équipage mobile comprend un tube 70 dont l'extrémité 70A constitue le contact d'arc mobile et des doigts de contact 71 protégés par un capot 72.The movable assembly comprises a
Le capot 72 coopère avec le capot 65 pour assurer, à la fermeture du disjoncteur, la compression du ressort 63.The
Le fonctionnement du disjoncteur est identique à celui décrit en regard des figures 1 à 4.The operation of the circuit breaker is identical to that described with reference to FIGS. 1 to 4.
Pour la coupure des courants de faible intensité la détente du ressort 63 est suffisante.For breaking low-intensity currents, the relaxation of
Pour la coupure des courants de forte intensité (figure 12) l'énergie thermique de l'arc crée, dans le volume thermique 56, une surpression qui est transmise de la chambre 56 à la chambre 64 et qui s'ajoute à celle du ressort pour comprimer le gaz de la chambre de soufflage 66.For breaking high-intensity currents (Figure 12), the thermal energy of the arc creates, in
Lors de la refermeture du disjoncteur un clapet 62A s'ouvre, favorisant le remplissage de la chambre 66.When the circuit breaker is closed, a valve 62A opens, favoring the filling of the
L'invention s'applique aux disjoncteurs à haute tension (supérieure à 45 kV) et à moyenne tension.The invention applies to high voltage circuit breakers (greater than 45 kV) and to medium voltage.
Claims (6)
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