EP0398213A1 - Disjoncteur à moyenne tension à courant nominal élevé - Google Patents

Disjoncteur à moyenne tension à courant nominal élevé Download PDF

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EP0398213A1
EP0398213A1 EP90109022A EP90109022A EP0398213A1 EP 0398213 A1 EP0398213 A1 EP 0398213A1 EP 90109022 A EP90109022 A EP 90109022A EP 90109022 A EP90109022 A EP 90109022A EP 0398213 A1 EP0398213 A1 EP 0398213A1
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tube
movable
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    • H01H33/88—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts
    • H01H33/90—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism
    • H01H33/91—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism the arc-extinguishing fluid being air or gas
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • 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
    • H01H33/12—Auxiliary contacts on to which the arc is transferred from the main contacts

Definitions

  • the present invention relates to a dielectric blast gas circuit breaker and more particularly to a medium voltage circuit breaker, in which a current of high intensity (several thousand amps) flows.
  • This type of circuit breaker is found in power plants, at the output of the alternator and upstream of the step-up transformer.
  • the permanent movable contact through which the permanent current passes, is most often a copper tube of relatively high mass which, when tripped, is driven with the arcing contact, at high speed. .
  • the energy necessary for this maneuver is important since it is proportional to the product of the mass of the moving assembly by the square of the speed of movement of this crew. All manufacturers seek to reduce this operating energy because its importance penalizes the cost price of the control of the switching device.
  • An object of the invention is to provide a circuit breaker in which both the mass and the speed of movement when the movable contact is triggered are reduced compared to those of the contact of the prior art, while maintaining a high speed of movement arcing contacts.
  • the subject of the invention is therefore a dielectric blowing gas circuit breaker comprising a main fixed contact, a main arcing contact and a moving element comprising in particular a movable arcing contact and a blowing means characterized in that it comprises a movable main contact separated from said movable assembly and produced by means of a short cylindrical element associated with a displacement means communicating to it on triggering a speed lower than that of the movable assembly.
  • said element is a tube.
  • said element consists of rods arranged according to certain generatrices of a cylinder.
  • said displacement means is a spring supported by a first end on a fixed stop and by a second end on a stop secured to said tube.
  • the circuit breaker partially represented in FIG. 1, in half-section of axis xx, comprises an insulating envelope 1 delimiting a volume 2 filled with a gas with good dielectric properties such as sulfur hexafluoride (SF6) under a pressure of a few bars.
  • a gas with good dielectric properties such as sulfur hexafluoride (SF6) under a pressure of a few bars.
  • the fixed assembly comprises a fixed main contact consisting of fingers 3 and a fixed arcing contact consisting of a tube 4 having an end 4A of an alloy resistant to the effects of the arc, for example a tungsten-based alloy. Contacts 3 and 4 are connected to a first socket not shown.
  • the fixed assembly further comprises a crown of fingers 6 carried by a crown fixed 7. The fingers 6 carry, internally at the crown, an annular stop 8. The fixed crown is electrically connected to a second socket not shown.
  • the fixed crown 7 carries a tube 9 from machining, of axis xx, which ends with a piston 10, provided with a one-way valve 11, a seal 12 and sliding electrical contacts 13.
  • the moving element comprises an arcing contact consisting of a tube 15, of axis xx, having an end 15A of material resistant to the effects of the arcing.
  • This tube 15 is integral with a coaxial tube 16, with which it defines a blowing cylinder moving around the fixed piston 10.
  • the seal between the piston 10 and the cylinder 16 is ensured by the seal 12; the passage of current between the tube 15 and the piston 10 is ensured by the sliding contacts 13.
  • the tube 16 carries a blowing nozzle made of insulating material.
  • the tubes 15 and 16 are advantageously produced in the same machined part; holes 18, formed in the part connecting the two tubes, make it possible to establish communication between the volume 20 and the volume 21 comprised between the tube 15 and the nozzle 17.
  • the tube 15 is extended by a part 22 connected to an operating rod, not shown. Holes 15B in the tube 15, and 9A in the tube 9, allow, when the circuit breaker opens, the evacuation of the hot gas to the volume 2.
  • the movable main contact is constituted by a short metal cylinder 30 cooperating with the fingers 3 and 6.
  • This cylinder is fixed to the end of a tube 31 terminated by a ring 32.
  • the tube could be replaced by a set of rods arranged according to certain generatrices of a cylinder).
  • a spring 33 bandaged when the circuit breaker is in the engaged position (FIG. 1), is disposed between the annular stop 8 and the ring 32.
  • the circuit breaker works as follows: - in the engaged position ( Figure 1) the current flows through the fingers 3, the tube 30, the fingers 6 and the crown 7. - At the opening of the circuit breaker ( Figure2), the tube 22 is driven at high speed (V2) to the right of the figure.
  • the tube 30 leaves the fingers 3 at a lower speed (V1) which is that given by the energy of the spring 33.
  • a spring has been given as an example of means for implementing the movable arcing contact; another possibility is to use a game of lever linked to the moving assembly and the production of which is well known to those skilled in the art.
  • circuit breakers provided with means for creating a secondary arc which comes to aid in the blowing of the arc and / or in the tripping operation.

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Abstract

Un disjoncteur à gaz de soufflage diélectrique comprenant un contact fixe principal (3), un contact d'arc principal (4) et un équipage mobile comprenant notamment un contact d'arc mobile (15) et un moyen de soufflage (16), comprend un contact principal mobile (30) désolidarisé dudit équipage mobile et réalisé au moyen d'un élément cylindrique court associé à un moyen de déplacement lui communiquant au déclenchement une vitesse inférieure à celle de l'équipage mobile.Application aux disjoncteurs à moyenne tension et courant nominal élevé, tels que les disjoncteurs de centrale.

Description

  • La présente invention concerne un disjoncteur à gaz diélectrique de soufflage et plus particulièrement un disjoncteur à moyenne tension, dans lequel circule un courant d'intensité importante (plusieurs milliers d'ampères). Ce type de disjoncteur se rencontre dans les centrales électriques, en sortie d'alternateur et en amont du transformateur élévateur de tension.
  • Dans ce type de disjoncteur, le contact mobile permanent, par lequel transite le courant permanent, est le plus souvent un tube de cuivre de masse relativement élevée qui, lors d'un déclenchement, est entraîné avec le contact d'arc, à grande vitesse. l'énergie nécessaire à cette manoeuvre est importante puisqu'elle est proportionnelle au produit de la masse de l'équipage mobile par le carré de la vitesse de déplacement de cet équipage. Tous les constructeurs cherchent à diminuer cette énergie de manoeuvre car son importance pénalise le prix de revient de la commande de l'appareil de coupure.
  • Un but de l'invention est de réaliser un disjoncteur dans lequel à la fois la masse et la vitesse de déplacement au déclenchement du contact mobile sont diminués par rapport à celles du contact de l'art antérieur, tout en conservant une vitesse de déplacement élevée des contacts d'arc.
  • Ceci est obtenu en désolidarisant le contact principal mobile de l'équipage mobile et en réalisant le contact principal mobile au moyen d'un élément court associé à un moyen de déplacement lui communiquant au déclenchement une vitesse inférieure à celle dudit équipage mobile.
  • L'invention a ainsi pour objet un disjoncteur à gaz de soufflage diélectrique comprenant un contact fixe principal, un contact d'arc principal et un équipage mobile comprenant notamment un contact d'arc mobile et un moyen de soufflage caractérisé en ce qu'il comprend un contact principal mobile désolidarisé dudit équipage mobile et réalisé au moyen d'un élémen cylindrique court associé à un moyen de déplacement lui communiquant au déclenchement une vitesse inférieure à celle de l'équipage mobile.
  • Dans un premier mode de réalisation ledit élément est un tube.
  • Dans un autre mode de réalisation, ledit élément est constitué de tiges disposées selon certaines génératrices d'un cylindre.
  • Avantageusement, ledit moyen de déplacement est un ressort s'appuyant par une première extrémité sur une butée fixe et par une seconde extrémité sur une butée solidaire dudit tube.
  • L' invention sera bien comprise par la description donnée ci-après d'un mode préféré de réalisation, en référence au dessin annexé dans lequel:
    • - la figure 1 est une vue schématique partielle en demi-coupe axiale d'un disjoncteur selon l'invention, en position enclenchée,
    • - la figure 2 est une vue schématique partielle en demi-coupe axiale du même disjoncteur en cours de déclenchement.
  • Le disjoncteur représenté partiellement dans la figure 1, en demi-coupe d'axe xx, comprend une enveloppe isolante 1 délimitant un volume 2 rempli d'un gaz à bonnes propriétés diélectriques tel que l'hexafluorure de soufre (SF6) sous une pression de quelques bars.
  • L'ensemble fixe comprend un contact principal fixe constitué de doigts 3 et un contact d'arc fixe constitué d'un tube 4 ayant une extrémité 4A en alliage résistant aux effets de l'arc, par exemple un alliage à base de tungstène. Les contacts 3 et 4 sont reliés à une première prise de courant non représentée. L'ensemble fixe comprend en outre une couronne de doigts 6 portés par une couronne fixe 7. Les doigts 6 portent, intérieurement à la couronne, une butée annulaire 8. La couronne fixe est reliée électriquement à une seconde prise de courant non représentée.
  • La couronne fixe 7 porte un tube 9 venu d'usinage, d'axe xx, qui se termine par un piston 10, muni d'un clapet unidirectionnel 11, d'un joint d'etanchéité 12 et de contacts électriques glissants 13.
  • L'équipage mobile comprend un contact d'arc constitué d'un tube 15, d'axe xx, ayant une extrémité 15A en matériau résistant aux effets de l'arc.
  • Ce tube 15 est solidaire d'un tube 16 coaxial, avec lequel il définit un cylindre de soufflage se déplaçant autour du piston fixe 10. L'etanchéité entre le piston 10 et le cylindre 16 est assurée par le joint 12; le passage du courant entre le tube 15 et le piston 10 est assuré par les contacts glissants 13. Le tube 16 porte une buse de soufflage en matériau isolant.
  • Les tubes 15 et 16 sont avantageusement réalisés dans une même pièce usinée; des trous 18, ménagés dans la partie reliant les deux tubes, permettent d'établir une communication entre le volume 20 et le volume 21 compris entre le tube 15 et la buse 17.
  • Le tube 15 est prolongé par une pièce 22 reliée à une tige de manoeuvre non représentée. Des trous 15B dans le tube 15, et 9A dans le tube 9, permettent, lors de l'ouverture du disjoncteur, l'évacuation du gaz chaud vers le volume 2.
  • Le contact principal mobile est constitué par un court cylindre métallique 30 coopérant avec les doigts 3 et 6. Ce cylindre est fixé à l'extrémité d'un tube 31 terminé par un anneau 32. (En variante, le tube pourrait être remplacé par un ensemble de tiges disposées selon certaines génératrices d'un cylindre).
  • Un ressort 33, bandé lorsque le disjoncteur est en position enclenchée, (figure 1), est disposé entre la butée annulaire 8 et l'anneau 32.
  • Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant:
    - en position enclenchée (figure1) le courant passe par les doigts 3, le tube 30, les doigts 6 et la couronne 7.
    - à l'ouverture du disjoncteur (figure2), le tube 22 est entraîné à grande vitesse (V2) vers la droite de la figure.
  • Le tube 30 quitte les doigts 3 à une vitesse inférieure (V1) qui est celle donnée par l'énergie du ressort 33.
  • Pendant que le contact principal 30 quitte les doigts 3 et parcourt une longueur L1 à la vitesse V1, les contacts mobiles se sont déplacés l'un par rapport à l'autre d'une longueur L2, supérieure à L1, à une vitesse V2 supérieure à la vitesse V1.
  • Après séparation des contacts principaux 30 et 3, le courant passe par les tubes 4, 15, les contacts 13, le tube 9 et la couronne 7.
  • La suite de l'opération d'ouverture (soufflage de l'arc) se fait comme dans les disjoncteurs bien connus à soufflage d'arc. Le clapet 11, en s'ouvrant, évite tout effet de dépression dans le volume 30, lors de l'enclenchement.
  • En remplaçant, selon l'invention,le contact permanent habituel par un contact qui n'est plus lié à l'équipage mobile, on réalise une importante économie de poids sur l'équipage mobile (qui est réduit environ au tiers de ce qu'il est dans les disjoncteurs du même type de l'art antérieur). Parallèlement, on a réduit la vitesse du contact principal mobile; il en résulte un gain important sur l'énergie à mettre en oeuvre pour manoeuvrer le disjoncteur.
  • Dans l'exemple décrit, on a donné comme exemple de moyen de mise en oeuvre du contact d'arc mobile un ressort; une autre possibilité est d'utiliser un jeu de levier lié à l'équipage mobile et dont la réalisation est bien connue de l'homme du métier.
  • On notera que l'invention peut aussi s'appliquer aux disjoncteurs munis de moyens pour créer un arc secondaire qui vient aider au soufflage de l'arc et/ou à la manoeuvre de déclenchement.

Claims (4)

1/ Disjoncteur à gaz de soufflage diélectrique comprenant un contact fixe principal (3), un contact d'arc principal (4) et un équipage mobile comprenant notamment un contact d'arc mobile (15) et un moyen de soufflage (16), caractérisé en ce qu,il comprend un contact principal mobile (30) désolidarisé dudit équipage mobile et réalisé au moyen d'un élément cylindrique court associé à un moyen (33) lui communiquant au déclenchement une vitesse inférieure à celle de l'équipage mobile.
2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément (30) est un tube.
3/ Disjoncteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit élément (30) est constitué de tiges disposées selon certaines génératrices d'un cylindre.
4/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ledit moyen de déplacement est un ressort (33) s'appuyant par une première extrémité sur une butée fixe (8) et par une seconde extrémité sur une butée (32) solidaire dudit élément (30).
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