EP0306382B1

EP0306382B1 - Breaker arrangement for an electric multipolar circuit breaker with many contacts

Info

Publication number: EP0306382B1
Application number: EP88402088A
Authority: EP
Inventors: Marc Rival
Original assignee: Merlin Gerin SA
Current assignee: Merlin Gerin SA
Priority date: 1987-08-31
Filing date: 1988-08-11
Publication date: 1992-07-15
Anticipated expiration: 2008-08-11
Also published as: FR2619955A1; DE3872800D1; US4877929A; DE3872800T2; FR2619955B1; JPH01157025A; EP0306382A1

Description

L'invention est relative à un dispositif de coupure pour disjoncteur électrique multipolaire à boîtier isolant moulé renfermant un mécanisme de commande accouplé à un barreau de commutation pour assurer la fermeture et l'ouverture de l'ensemble des pôles du disjoncteur, chaque pôle comportant:

une paire de plages fixes conductrices d'amenée de courant, prenant appui sur le fond du boîtier,
une chambre d'extinction d'arc disposée au-dessus de la première plage, et comprenant un empilage de tôles métalliques de désionisation de l'arc, chaque tôle ayant une encoche en forme de V,
un système de contacts multiple ayant une pluralité de contacts principaux mobiles identiques, répartis en deux séries de même nombre de part et d'autre d'un contact d'arc mobile s'étendant, longitudinalement selon l'axe médian du pôle, lesdits contacts étant montés à pivotement sur un axe d'une cage support solidaire du barreau, et coopérant avec des contacts fixes correspondants fixés sur l'extrémité interne de la première plage, la longueur du contact d'arc mobile étant supérieure à celle de chaque contact principal mobile,
et une paire de cornes d'arc inférieure et supérieure encadrant l'empilage des tôles de la chambre d'extinction d'arc, la corne d'arc inférieure étant solidarisée à la face supérieure de la première plage avec interposition d'un écran isolant,

The invention relates to a breaking device for a multipole electric circuit breaker with a molded insulating housing enclosing a control mechanism coupled to a switching bar to ensure the closing and opening of all the poles of the circuit breaker, each pole comprising:

a pair of fixed conductive power supply pads, bearing on the bottom of the housing,
an arc extinguishing chamber disposed above the first area, and comprising a stack of metal sheets for deionizing the arc, each sheet having a V-shaped notch,
a multiple contact system having a plurality of identical movable main contacts, distributed in two series of the same number on either side of a movable arcing contact extending, longitudinally along the median axis of the pole, said contacts being pivotally mounted on an axis of a support cage integral with the bar, and cooperating with corresponding fixed contacts fixed on the internal end of the first track, the length of the movable arcing contact being greater than that of each main contact mobile,
and a pair of lower and upper arc horns framing the stacking of the sheets of the arc extinguishing chamber, the lower arc horn being secured to the upper face of the first shelf with the interposition of an insulating screen ,

L'arc prend naissance dans la zone de séparation des contacts d'arc située le long de l'axe médian du pôle, et se développe ensuite dans la zone centrale de la chambre. L'absorption de l'énergie de l'arc s'effectue principalement dans cette zone, et l'arc reste centré jusqu'à son extinction. Dans certains cas de coupure, les surfaces chaudes de la zone centrale s'opposent à une désionisation totale de l'arc, et il est alors nécessaire d'augmenter le nombre ou la surface des tôles au détriment de l'encombrement de la chambre d'extinction.The arc arises in the separation zone of the arcing contacts located along the median axis of the pole, and then develops in the central zone of the chamber. The absorption of energy from the arc takes place mainly in this area, and the arc remains centered until it extinguishes. In some cases of cut, the hot surfaces of the central zone oppose a total deionization of the arc, and it is then necessary to increase the number or the surface of the sheets to the detriment of the size of the extinguishing chamber.

L'objet de l'invention consiste, à améliorer les performances de coupure d'un disjoncteur multipolaire à calibres élevés.The object of the invention consists in improving the breaking performance of a multi-pole circuit breaker with high ratings.

Le dispositif de coupure selon l'invention, est caractérisé en ce que la chambre d'extinction d'arc comporte de plus, une paire de joues de guidage de l'arc, en matériau isolant gazogène, ayant chacune une portion inclinée épousant la forme des tôles jusqu'au voisinage d'une arête intermédiaire de captation de l'arc, et que la corne d'arc inférieure est fixée à la première plage au moyen de trois vis ou rivets disposés aux sommets d'un triangle isocèle, l'une des vis étant située le long de l'axe médian du pôle au voisinage d'un rebord de l'écran isolant pénétrant dans un intervalle postérieur ménagé entre les tôles et une paroi d'échappement des gaz de coupure vers l'extérieur.The breaking device according to the invention is characterized in that the arc extinguishing chamber further comprises a pair of arc guide cheeks, made of gas-insulating material, each having an inclined portion conforming to the shape sheets to the vicinity of an intermediate arc capture edge, and the lower arc horn is fixed to the first range by means of three screws or rivets arranged at the vertices of an isosceles triangle, the one of the screws being situated along the median axis of the pole in the vicinity of a rim of the insulating screen penetrating into a posterior gap formed between the sheets and an exhaust wall of the cutting gases towards the outside.

Au cours de la phase d'ouverture du disjoncteur, l'arc est commuté de la zone centrale vers une zone latérale délimitée par la joue de guidage et l'arête intermédiaire correspondante de chaque tôle. L'arc se développe dans cette zone latérale, en rencontrant des surfaces froides favorisant son extinction.During the circuit breaker opening phase, the arc is switched from the central zone to a lateral zone delimited by the guide cheek and the corresponding intermediate edge of each sheet. The arc develops in this lateral zone, encountering cold surfaces favoring its extinction.

Une telle chambre d'extinction d'arc est particulièrement adaptée, pour des disjoncteurs de calibre 3000 A devant satisfaire à des coupures monophasées à une tension de 600 Volts.Such an arc extinguishing chamber is particularly suitable for 3000 A circuit breakers having to satisfy single-phase cuts at a voltage of 600 Volts.

D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés dans lesquels:

la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un pôle de disjoncteur selon l'invention;
la figure 2 montre une vue en perspective éclatée du dispositif de coupure, les contacts mobiles n'étant pas représentés;
la figure 3 est une vue détaillée en coupe du dispositif de coupure de la figure 1, le disjoncteur étant représenté en position de fermeture;
la figure 4 est une vue en plan de la figure 3;
les figures 5 à 8 représentent une demi-vue en perspective du dispositif de coupure de la figure 3, à différents stades d'extinction de l'arc au cours de l'ouverture du disjoncteur.

Other advantages and characteristics will emerge more clearly from the description which follows of an embodiment of the invention given by way of nonlimiting example, and represented in the appended drawings in which:

Figure 1 is a schematic view in longitudinal section of a circuit breaker pole according to the invention;
Figure 2 shows an exploded perspective view of the switching device, the movable contacts not being shown;
Figure 3 is a detailed sectional view of the cutoff device of Figure 1, the circuit breaker being shown in the closed position;
Figure 4 is a plan view of Figure 3;
Figures 5 to 8 show a perspective half-view of the breaking device of Figure 3, at different stages of extinction of the arc during the opening of the circuit breaker.

Le disjoncteur 10 multipolaire à boitier 12 isolant moulé, illustré à la figure 1 est du type décrit dans les documents FR-A-2493035, FR-A-2484135 et FR-A-2484136 de la demanderesse. Le boîtier 12 renferme un mécanisme 14 de commande accouplé à un barreau 16 transversal commun à l'ensemble des pôles. Le mécanisme 14 est logé entre deux platines 18 au-dessus du pôle central, et est piloté soit manuellement par une manette 20 montée sur un berceau 21 basculant, soit automatiquement par un déclencheur, dont seuls la barre de déclenchement 22, et un capteur de courant 24 ont été représentés. Chaque pôle comporte une paire de plages 26,28 fixes conductrices d'amenée de courant, un système de contacts 30 séparables coopérant avec le mécanisme 14 pour fermer ou interrompre le circuit électrique du pôle, et une chambre 32 d'extinction d'arc, disposée au-dessus de la plage 26. Les plages 26,28 conductrices de formes rectangulaires, prennent appui sur le fond du boîtier 12 isolant.The multipolar circuit breaker 10 with molded insulating case 12, illustrated in FIG. 1, is of the type described in documents FR-A-2493035, FR-A-2484135 and FR-A-2484136 of the applicant. The housing 12 contains a control mechanism 14 coupled to a transverse bar 16 common to all of the poles. The mechanism 14 is housed between two plates 18 above the central pole, and is controlled either manually by a lever 20 mounted on a rocking cradle 21, or automatically by a trigger, of which only the trigger bar 22, and a current 24 were represented. Each pole includes a pair of fixed conductive power strips 26, 28, a separable contact system 30 cooperating with the mechanism 14 to close or interrupt the pole's electrical circuit, and an arc extinguishing chamber 32, disposed above the area 26. The conductive areas 26, 28 of rectangular shapes, bear on the bottom of the insulating housing 12.

En référence aux figures 2 à 4, le système de contacts 30 multiple du dispositif de coupure 33 selon l'invention est conçu pour un disjoncteur à calibres élevés et, comporte par pôle six contacts mobiles principaux 34 répartis transversalement le long du barreau 16 en deux séries de trois, de part et d'autre d'un contact d'arc mobile 36 s'étendant selon l'axe médian longitudinal du pôle. Les contacts mobiles 34,36 sont montés à pivotement sur un axe 37 commun, en étant positionnés dans une cage 38 solidaire du barreau 16, avec interposition de ressorts 40 de pression de contact. La liaison électrique des contacts mobiles 34,36 avec la plage 28 s'effectue au moyen d'un shunt souple, (non représenté).With reference to FIGS. 2 to 4, the multiple contact system 30 of the breaking device 33 according to the invention is designed for a high-caliber circuit breaker and comprises, by pole, six main movable contacts 34 distributed transversely along the bar 16 in two series of three, on either side of a movable arcing contact 36 extending along the longitudinal median axis of the pole. The movable contacts 34, 36 are pivotally mounted on a common axis 37, being positioned in a cage 38 integral with the bar 16, with interposition of springs 40 of contact pressure. The electrical connection of the movable contacts 34, 36 with the track 28 is effected by means of a flexible shunt, (not shown).

Le contact d'arc mobile 36 a une longueur supérieure à celle de chaque contact principal 34 mobile.The movable arcing contact 36 has a length greater than that of each movable main contact 34.

La plage 26 située du côté de la chambre 32 d'extinction d'arc, porte des contacts fixes principaux 42 et un contact fixe d'arc 44, coopérant avec les contacts mobiles 34,36 correspondants en position de fermeture du disjoncteur. Sur la face supérieure de la plage 26, est fixée une corne d'arc 46 inférieure avec interposition d'un écran 48 en matériau isolant, notamment à base de polytétrafluoréthylène. L'écran 48 présente une base plane située sous la corne d'arc 46 et, un rebord 50 arrière faisant un angle obtu avec la portion plane. La fixation de la corne d'arc 46 sur la plage 26 s'effectue au moyen de trois vis 52,54,56, disposées aux sommets d'un triangle isocèle. Deux vis 54,56 sont situées de part et d'autre du contact d'arc 44 à l'arrière des contacts principaux fixes 42, et la vis 52 se trouve le long de l'axe médian XX′ du pôle au voisinage du rebord 50 incliné de l'écran 48. Les vis 52,54,56 peuvent être remplacées par des rivets. La largeur de la corne d'arc inférieure 46 diminue en direction de la vis 52.The area 26 located on the side of the arc extinguishing chamber 32 carries main fixed contacts 42 and a fixed arcing contact 44, cooperating with the corresponding movable contacts 34, 36 in the closed position of the circuit breaker. On the upper face of the track 26, a lower arc horn 46 is fixed with the interposition of a screen 48 made of insulating material, in particular based on polytetrafluoroethylene. The screen 48 has a flat base located under the arc horn 46 and a rear flange 50 making an obtuse angle with the flat portion. The fixing of the arc horn 46 on the track 26 is carried out by means of three screws 52, 54, 56, arranged at the vertices of an isosceles triangle. Two screws 54, 56 are located on either side of the arcing contact 44 behind the fixed main contacts 42, and the screw 52 is located along the median axis XX ′ of the pole in the vicinity of the flange. 50 inclined from the screen 48. The screws 52, 54, 56 can be replaced by rivets. The width of the lower arc horn 46 decreases in the direction of the screw 52.

La chambre 32 d'extinction d'arc, comporte un empilage de tôles 58 métalliques de désionisation de l'arc, s'étendant selon une direction sensiblement parallèle à la plage 26. Les tôles 58 sont supportées par deux flasques 60,62 latéraux en matériau isolant, et sont encadrées dans le sens de la hauteur par l'ensemble écran 48 et corne d'arc 46 inférieure, et par une corne d'arc 64 supérieure. Chaque tôle 58 de la chambre 32 possède un évidemment central ou encoche 66 en forme de V disposé entre deux arêtes 68,70 intermédiaires, symétriques de captation de l'arc. Les arêtes 68,70 peuvent être rectilignes selon une direction parallèle au barreau 16, ou être conformées en cuvette. Dans la zone de séparation des contacts délimitant la chambre de formation d'arc, se trouve une paire de joues 72,74 de guidage d'arc ayant chacune une première portion plane, fixée latéralement au flasque 60,62 correspondant, et une deuxième portion inclinée épousant la forme des tôles 58. A l'arrière de la chambre 32, est agencée une paroi 76 d'échappement des gaz, s'étendant perpendiculairement aux flasques 60,62, et aux tôles 58. Le rebord 50 incliné vers le haut de l'écran 48 isolant, pénètre dans un intervalle 78 situé à l'opposé des joues 72,74 ,entre la paroi 76 et le bord arrière des séparateurs 58. La paroi 76 comporte des orifices 80 d'évacuation des gaz de coupure vers le milieu extérieur, et la corne d'arc 64 supérieure est dotée d'une paire de pattes 82,84 antérieures rabattues vers le bas selon une direction sensiblement perpendiculaire au plan de la plage 26. Chaque patte 82,84 de la corne d'arc 64 supérieure est logée transversalement entre la joue 72,74, correspondante, et un espace central passant par les évidemments 66 des tôles 58, et autorisant le déplacement du contact d'arc mobile 36 vers la position d'ouverture. Les joues 72,74 de guidage sont réalisées en matériau isolant gazogè`ne, par exemple à base de polytétrafluoréthylène, et présentant chacune une arête postérieure 75 taillée en biais donnant à la joue une forme voisine d'un trapèze.The arc extinguishing chamber 32 comprises a stack of metal sheets 58 for deionizing the arc, extending in a direction substantially parallel to the range 26. The sheets 58 are supported by two lateral flanges 60,62 in insulating material, and are framed in the direction of the height by the screen assembly 48 and arc horn 46 lower, and by an arc horn 64 upper. Each sheet 58 of chamber 32 has an obviously central or notch 66 in the form of a V arranged between two intermediate edges 68.70, symmetrical for capturing the arc. The edges 68.70 may be rectilinear in a direction parallel to the bar 16, or be shaped in a bowl. In the contact separation zone delimiting the arc-forming chamber, there is a pair of arc guiding cheeks 72, 74 each having a first planar portion, fixed laterally to the corresponding flange 60, 62, and a second portion. inclined matching the shape of the sheets 58. At the rear of the chamber 32, is arranged a wall 76 for the exhaust of gases, extending perpendicular to the flanges 60, 62, and to the sheets 58. The flange 50 inclined upwards of the insulating screen 48, penetrates into a gap 78 situated opposite the cheeks 72, 74, between the wall 76 and the rear edge of the separators 58. The wall 76 has orifices 80 for evacuating the cutting gases towards the external medium, and the upper bow horn 64 is provided with a pair of front legs 82,84 folded down in a direction substantially perpendicular to the plane of the area 26. Each leg 82,84 of the horn arc 64 upper is housed transversely between e the cheek 72, 74, corresponding, and a central space passing through the recesses 66 of the sheets 58, and authorizing the displacement of the movable arcing contact 36 towards the open position. The guide cheeks 72, 74 are made of gas-insulating material, for example based on polytetrafluoroethylene, and each having a posterior edge 75 cut obliquely giving the cheek a shape similar to a trapezoid.

Le fonctionnement du dispositif de coupure 33 selon l'invention est illustré sur les figures 5 à 8:

en position de fermeture (figure 5), la pression de contact du système de contacts 30 multiple est assurée par les ressorts 40, et la manette 20 se trouve dans la position stable indiquée en traits forts sur la figure 1.
l'ouverture est commandée par le mécanisme 14 après détection d'un courant de défaut, dont l'intensité est inférieure au seuil de répulsion électrodynamique. Au début de l'ouverture du disjoncteur, les contacts principaux mobiles 34 se séparent des contacts principaux fixes 42 correspondants, alors que les contacts d'arc 44,36 restent encore fermés. Lors de la course d'ouverture poursuivie du mécanisme 14, intervient la phase de séparation des contacts d'arc 44,36 (figure 6), avec naissance d'un arc 90 entre ces derniers. Le développement de l'arc 90 s'opère exclusivement dans la zone centrale de la chambre 32, étant donné que la distance d1 de séparation entre les contacts d'arc 44,36 est inférieure à la distance d2 entre les contacts principaux 42,34 au début de la course d'ouverture. L'arc forme une boucle par migration, le long d'une extension du contact d'arc mobile 36, et sur une piste de la corne d'arc inférieure 46 formant un premier trajet, à partir du contact d'arc fixe 34 vers la vis 52 centrale de fixation sur la plage 26. La présence de cette vis 52 permet de stabiliser la racine d'arc en une position intermédiaire de la piste (voir figure). La corne d'arc 46 inférieure est réalisée en acier autorisant un ralentissement du mouvement de translation de l'arc sur la piste de migration.
en fin de course d'ouverture (figure 7), la distance de séparation d1 entre les contacts d'arc 44,36 devient supérieure à la distance d2 entre les contacts principaux 42,34 entraînant un reclaquage de l'arc 90 au niveau des contacts principaux 42,34. L'inversion des distances d1 et d2 par rapport à la phase de début d'ouverture illustrée à la figure 6, résulte de la variation des rayons de pivotement des contacts mobiles principaux 34 et d'arc 36. Un faible intervalle sépare les contacts principaux mobiles 34 des pattes 82,84, de la corne d'arc supérieure 64.
l'arc 90 se développe ensuite sur un deuxième trajet différent, le long d'un côté de la chambre 32 (figure 8) en suivant la fente des tôles 58 jusqu'au niveau des arêtes 68 ou 70 intermédiaires. La présence de la joue de guidage 72 ou 74 permet un recentrage rapide de la racine d'arc le long de la corne d'arc inférieure 46.

The operation of the cut-off device 33 according to the invention is illustrated in FIGS. 5 to 8:

in the closed position (FIG. 5), the contact pressure of the multiple contact system 30 is ensured by the springs 40, and the lever 20 is in the stable position indicated by strong lines in FIG. 1.
opening is controlled by mechanism 14 after detection a fault current, the intensity of which is less than the electrodynamic repulsion threshold. At the start of the opening of the circuit breaker, the movable main contacts 34 separate from the corresponding fixed main contacts 42, while the arcing contacts 44, 36 remain still closed. During the continued opening stroke of the mechanism 14, there occurs the phase of separation of the arcing contacts 44, 36 (FIG. 6), with the creation of an arc 90 between them. The development of the arc 90 takes place exclusively in the central zone of the chamber 32, since the distance d1 of separation between the arcing contacts 44,36 is less than the distance d2 between the main contacts 42,34 at the start of the opening race. The arc forms a loop by migration, along an extension of the movable arcing contact 36, and on a track of the lower arcing horn 46 forming a first path, from the fixed arcing contact 34 towards the central fixing screw 52 on the track 26. The presence of this screw 52 makes it possible to stabilize the arc root in an intermediate position of the track (see figure). The lower arc horn 46 is made of steel allowing a slowing down of the translational movement of the arc on the migration track.
at the end of the opening stroke (FIG. 7), the separation distance d1 between the arcing contacts 44,36 becomes greater than the distance d2 between the main contacts 42,34 causing the arc 90 to be re-plated at the level of the main contacts 42.34. The inversion of the distances d1 and d2 with respect to the opening start phase illustrated in FIG. 6, results from the variation of the pivoting radii of the main movable contacts 34 and of arc 36. A small interval separates the main contacts mobile 34 legs 82.84, upper bow horn 64.
the arc 90 then develops on a second different path, along one side of the chamber 32 (FIG. 8) following the slit of the sheets 58 to the level of the intermediate edges 68 or 70. The presence of the guide cheek 72 or 74 allows rapid refocusing of the arc root along the lower arc horn 46.

L'arc 90 rencontre des surfaces froides le long de ce deuxième trajet où se produit une absorption efficace de l'énergie favorable à l'extinction de l'arc.The arc 90 encounters cold surfaces along this second path where an efficient absorption of energy occurs which favors the extinction of the arc.

Claims

A breaking device for a multipole electrical circuit breaker with a molded insulating case (12), housing an operating mechanism (14) coupled to a switching bar (16) to provide closing and opening of all the circuit breaker poles, each pole comprising:
- a pair of fixed current-conducting terminals (26, 28), bearing on the base of the case (12),

- an arc extinguishing chamber (32) disposed above the first terminal (26), and comprising a stacking of metal arc deionization plates (58), each plate (58) having a V-shaped notch (66),

- a multiple contact system (30) having a plurality of identical movable main contacts (34), divided into two sets of the same number on either side of a movable arcing contact (36) extending longitudinally according to the center line of the pole, said contacts being pivotally mounted on an axis (37) of a support tunnel (38) securedly united to the bar (16), and cooperating with corresponding stationary contacts (42, 44) fixed on the internal end of the first terminal (26), the length of the movable arcing contact (36) being greater than that of each movable main contact (34),

- and a pair of lower and upper arcing horns (46, 64) surrounding the stacking of arc extinguishing chamber plates (58), the lower arcing horn (46) being securedly united to the upper face of the first terminal (26) with an insulating shield (48) interposed,
characterized in that the arc extinguishing chamber (32) comprises further a pair of arc guiding jaws (72, 74), made of gas-producing insulating material, each jaw having an inclined portion following the outline of the plates (58) up to the vicinity of an intermediate arc catching ridge (68, 70), and that the lower arcing horn (46) is fixed to the first terminal (26) by means of three screws or rivets (52, 54, 56) disposed at the peaks of an isoceles triangle, one of the screws (52) being situated along the center line of the pole in the vicinity of an edge (50) of the insulating shield (48) penetrating into a rear gap (78) arranged between the plates (58) and an outlet wall (76) of the breaking gases to the outside.
The breaking device according to claim 1, characterized in that the width of the lower arcing horn (46) decreases in the migration direction of the arc towards said center screw (52) and that the two other screws (54, 56) are located on either side of the stationary arcing contact (44) and in the vicinity of the corresponding stationary main contacts (42).
The breaking device according to claim 1 or 2, characterized in that the two intermediate ridges (68, 70) of each plate (58) are arranged symmetrically in relation to the center line passing through the center notch (66) and extend in a parallel direction to the bar (16).
The breaking device according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the lower arcing horn (46) is made of steel.
The breaking device according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the upper arcing horn (64) is equipped with a pair of front lugs (82, 84) folded downwards in the direction of the terminal (26) and opposite from the rear gap (78) of the chamber (32).