EP0412479B1 - Disjoncteur à moyenne tension - Google Patents

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EP0412479B1
EP0412479B1 EP90115069A EP90115069A EP0412479B1 EP 0412479 B1 EP0412479 B1 EP 0412479B1 EP 90115069 A EP90115069 A EP 90115069A EP 90115069 A EP90115069 A EP 90115069A EP 0412479 B1 EP0412479 B1 EP 0412479B1
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EP
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contact
contacts
circuit breaker
moving
fixed
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EP90115069A
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EP0412479A1 (fr
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Michel Perret
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Alstom Holdings SA
Original Assignee
GEC Alsthom SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/36—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by sliding
    • H01H1/365—Bridging contacts
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • 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
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/666—Operating arrangements
    • H01H33/6661—Combination with other type of switch, e.g. for load break switches

Definitions

  • the present invention relates to a medium-voltage circuit breaker, in which the electrical insulation is ensured by a gas with good dielectric properties such as sulfur hexafluoride SF6.
  • the invention relates more particularly to a circuit breaker in which a current of high intensity (several thousand amperes) flows.
  • This type of circuit breaker is found in power plants, at the output of the alternator and upstream of the electrical voltage transformer.
  • the document EP 0 011 542 describes a medium-voltage switching device comprising an envelope made of insulating material filled with gases having good dielectric properties, first contacts connected to a first socket and second contacts connected to a second socket, a fixed arcing contact connected to the first socket and a movable arcing contact connected to an operating member, and a permanent movable contact establishing, when the circuit breaker is in the engaged position, a connection between the first and second contacts .
  • 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.
  • a first object of the invention is to provide a circuit breaker in which the mass of the movable assembly is reduced, so as to correlatively reduce the energy required for the tripping operation.
  • Another object of the invention is to develop a circuit breaker in which the permanent current does not pass through sliding contacts, so that savings are made on the price of the device.
  • circuit breaker as defined in claim 1 attached.
  • secondary claims as regards examples of preferred embodiments, reference is made to the secondary claims.
  • the reference 1 designates an insulating, leaktight envelope, preferably cylindrical, provided with a bottom 1A and filled with a gas with good dielectric properties such as sulfur hexafluoride SF6, under a pressure of 1 to several bars.
  • a gas with good dielectric properties such as sulfur hexafluoride SF6, under a pressure of 1 to several bars.
  • a first socket 2 connected upstream in the circuit to be protected, crosses the casing 1 in a sealed manner by means of a seal 3; the socket 2 extends inside the envelope, on the one hand by a ring of fingers 4, on the other hand by a contact 5 arranged along the geometric axis 6 of the envelope.
  • the fingers 4 are arranged in the vicinity of the wall of the envelope, parallel to the axis 6, and occupy an arc of a circle of approximately 120 degrees, the plane of this circle being perpendicular to the axis 6.
  • Contact 5 is a metal rod terminated by an end 5A of an alloy resistant to the effects of an electric arc, for example a tungsten-based alloy.
  • a second socket 10 connected downstream in the circuit to be protected, crosses the envelope in a sealed manner thanks to a seal 11, and is extended inside the envelope 1 by a cylindrical portion 12 carrying studs contact 13 arranged in an arc a ′ whose plane is perpendicular to the axis 6, so that the studs 13 are opposite the ends of the fingers 4.
  • the circular arc a ′ according to which the studs 13 are arranged is preferably of the same length as the arc has the fingers 4 and we will see further how to determine an upper limit of its length.
  • the fixed assembly of the circuit breaker is completed by a blowing cylinder 14, made of insulating material, coaxial with the axis 6, fixed to the wall by lugs 15, and the bottom 16 of which has an opening for the passage of an element of the moving crew.
  • the mobile assembly comprises a metal tube 20, engaging in the aforementioned opening of the bottom 16 and fixed, by a first end, to an operating rod 21 made of insulating material.
  • the connecting rod 21 is articulated to a crank 22 rotated by a shaft 23 which passes through the wall 1 and which is connected outside of this envelope to an operating device, not shown.
  • the second end of the tube 20 carries a ring of contact fingers 25 constituting the movable arcing contact and cooperating with the fixed arcing contact 5.
  • the tube 20 carries a blowing piston 26 sliding inside the blowing cylinder 14 and provided with calibrated openings 27.
  • blowing nozzle 28 made of insulating material such as polytetrafluoroethylene known under the registered trademark Teflon.
  • the permanent movable contact consists of a copper tube 30, of diameter chosen to cooperate, when the circuit breaker is in the engaged position (FIGS. 1 and 2), with the fingers 4 and the studs 13.
  • This tube 30 is made integral with the tube 20 by metal arms 31; a metal braid 32 connects an arm 31 to the upstream socket 10-12.
  • the circuit breaker works as follows: in the engaged position, the current flows through the upstream outlet 2, the fingers 4, the tube 30, the fingers 13 and the downstream outlet 10.
  • the control produces a rotational movement at the shaft 23, which is transformed by the crank 22 and the connecting rod 21 into a translational movement of the tube 20 towards the bottom of FIG. 1.
  • the contact 30 leaves the fingers 4 and the studs 13 and the current then switches on the rod 5 and the fingers 25; the movement continuing, the fingers 25 leave the rod 5 and an arc 40 lights up (FIG. 3).
  • the gas from cylinder 14 is compressed, escapes through the openings 27 and passes through the nozzle 28, blowing out the arc which extinguishes on the first zero current crossing.
  • the moving assembly is very light and requires, all other things being equal, only a reduced operating energy. It is also observed that the permanent current crosses only one set of contacts, the design of the device allowing the absence of any sliding contact.
  • Arc a and arc a ′ are chosen to ensure voltage withstand when the circuit breaker is in the tripped position.
  • a minimum isolation distance 1 between the end fingers 4 and the studs 13 at the ends must be respected (FIG. 2).
  • a minimum isolation distance must be maintained between the piston 26 or the tube 30, at the potential of the downstream outlet, and the fingers 4 at the potential of the upstream outlet.
  • the braid 32 is used for the passage of the current only during the operation of the circuit breaker, when the tube 30 has left the pads 4 and 13; the current then passes by elements 5A, 25, 20, 31 and the braid 32 connected to the socket 10.
  • the invention finds application in the production of circuit breakers with a nominal voltage less than or equal to 45 kV, and in particular, plant circuit breakers.

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Description

  • La présente invention est relative à un disjoncteur à moyenne tension, dans lequel l'isolement électrique est assuré par un gaz à bonnes propriétés diélectriques tel que l'hexafluorure de soufre SF6.
  • L'invention concerne plus particulièrement un disjoncteur 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 électrique de tension.
  • Le document EP 0 011 542 décrit un dispositif de coupure à moyenne tension comprenant une enveloppe en matériau isolant rempli de gaz à bonnes propriétés diélectriques, des premiers contacts reliés à une première prise de courant et des seconds contacts reliés à une seconde prise de courant, un contact d'arc fixe relié à la première prise de courant et un contact d'arc mobile relié à un organe de manoeuvre, et un contact permanent mobile établissant, lorsque le disjoncteur est en position enclenchée, une liaison entre les premiers et seconds contacts.
  • Dans ce type de disjoncteurs, 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 premier but de l'invention est de réaliser un disjoncteur dans lequel la masse de l'équipage mobile est diminuée, de manière à diminuer corrélativement l'énergie nécessaire à la manoeuvre de déclenchement.
  • Dans les disjoncteurs connus, le courant permanent traverse des contacts glissants; ces contacts doivent être de construction soignée et grèvent le prix de l'appareil.
  • Un autre but de l'invention est d'élaborer un disjoncteur dans lequel le courant permanent ne traverse pas de contacts glissants, de sorte qu'une économie sur le prix de l'appareil est réalisée.
  • Ces buts sont atteints selon l'invention par le disjoncteur tel que défini dans la revendication 1 ci-jointe. En ce qui concerne des exemples de mises en oeuvre préférées, référence est faite aux revendications secondaires.
  • 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 en élévation en coupe axiale d'un disjoncteur à moyenne tension selon un premier mode de réalisation de l'invention, représenté en position enclenchée, l'extinction de l'arc étant assurée par soufflage,
    • la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1, la buse de soufflage n'étant pas représentée,
    • la figure 3 est une vue en élévation en coupe axiale du même disjoncteur représenté en position déclenchée,
    • la figure 4 est une vue en élévation en coupe axiale d'un disjoncteur selon une variante de réalisation de l'invention dans laquelle l'extinction de l'arc est assurée au moyen d'une ampoule à vide.
  • Dans les figures 1 à 3, la référence 1 désigne une enveloppe isolante, étanche, de préférence cylindrique, munie d'un fond 1A et remplie d'un gaz à bonnes propriétés diélectriques tel que l'hexafluorure de soufre SF6, sous une pression de 1 à plusieurs bars.
  • Un première prise de courant 2, connectée en amont dans le circuit à protéger, traverse l'enveloppe 1 de manière étanche grâce à un joint 3; la prise 2 se prolonge à l'intérieur de l'enveloppe, d'une part par une couronne de doigts 4, d'autre part par un contact 5 disposé selon l'axe géométrique 6 de l'enveloppe. Les doigts 4 sont disposés au voisinage de la paroi de l'enveloppe, parallèlement à l'axe 6, et occupent un arc de cercle a d'environ 120 degrés, le plan de ce cercle étant perpendiculaire à l'axe 6.
  • On verra plus loin comment une limite supérieure de l'arc de cercle précité peut être déterminée avec précision. Le contact 5 est une tige métallique terminée par une extrémité 5A en alliage résistant aux effets de l'arc électrique, par exemple un alliage à base de tungstène.
  • Une seconde prise de courant 10, connectée en aval dans le circuit à protéger, traverse l'enveloppe de manière étanche grâce à un joint 11, et se prolonge à l'intérieur de l'enveloppe 1 par une portion cylindrique 12 portant des plots de contact 13 disposés selon un arc de cercle a′ dont le plan est perpendiculaire à l'axe 6, de sorte que les plots 13 sont en vis-à-vis des extrémités des doigts 4. L'arc de cercle a′ selon lequel sont disposés les plots 13 est de préférence de même longueur que l'arc a des doigts 4 et on verra plus loin comment déterminer une limite supérieure de sa longueur.
  • L'ensemble fixe du disjoncteur est complété par un cylindre de soufflage 14, en matériau isolant, coaxial à l'axe 6, fixé à la paroi par des pattes 15, et dont le fond 16 présente une ouverture pour le passage d'un élément de l'équipage mobile.
  • L'équipage mobile comprend un tube métallique 20, s'engageant dans l'ouverture précitée du fond 16 et fixé, par une première extrémité, à une bielle de manoeuvre 21 en matériau isolant. La bielle 21 est articulée à une manivelle 22 entraînée en rotation par un arbre 23 qui traverse la paroi 1 et qui est reliée à l'extérieur de cette enveloppe à un dispositif de manoeuvre non représenté.
  • La seconde extrémité du tube 20 porte une couronne de doigts de contact 25 constituant le contact d'arc mobile et coopérant avec le contact d'arc fixe 5.
  • Le tube 20 porte un piston de soufflage 26 coulissant à l'intérieur du cylindre de soufflage 14 et muni d'ouvertures calibrées 27.
  • Au piston 26 est fixée un buse de soufflage 28 en matériau isolant tel que du polytétrafluoro-éthylène connu sous la marque déposée téflon.
  • Le contact mobile permanent est constitué par un tube de cuivre 30, de diamètre choisi pour coopérer, lorsque le disjoncteur est en position enclenchée (figures 1 et 2), avec les doigts 4 et les plots 13. Ce tube 30 est rendu solidaire du tube 20 par des bras métalliques 31; une tresse métallique 32 relie un bras 31 à la prise amont 10-12.
  • Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant:
       en position enclenchée, le courant traverse la prise amont 2, les doigts 4, le tube 30, les doigts 13 et la prise aval 10.
  • Pour ouvrir le disjoncteur, la commande produit un mouvement de rotation à l'arbre 23, qui est transformé par la manivelle 22 et la bielle 21 en un mouvement de translation du tube 20 vers le bas de la figure 1. Le contact 30 quitte les doigts 4 et les plots 13 et le courant commute alors sur la tige 5 et les doigts 25; le mouvement se poursuivant, les doigts 25 quittent la tige 5 et un arc 40 s'allume (figure 3). Le gaz du cylindre 14 est comprimé, s'échappe par les ouvertures 27 et traverse la buse 28, en soufflant l'arc qui s'éteint au premier passage par zéro du courant.
  • Grâce à la très courte longueur du tube 30, l'équipage mobile est très léger et ne nécessite, toutes choses étant égales par ailleurs, qu'une énergie de manoeuvre réduite. On observe par ailleurs que le courant permanent ne traverse qu'un seul jeu de contacts, la conception de l'appareil permettant l'absence de tout contact glissant.
  • L'arc a et l'arc a′ sont choisis pour assurer la tenue de la tension lorsque le disjoncteur est en position déclenchée. Ainsi une distance minimale d'isolement 1 entre les doigts 4 d'extrémité et les plots 13 d'extrémités devra être respectée (figure 2). De même une distance d'isolement minimale devra être respectée entre le piston 26 ou le tube 30, au potentiel de la prise aval, et les doigts 4 au potentiel de la prise amont. L'homme du métier saura calculer ces distances en fonction notamment de la tension nominale du disjoncteur, du diamètre intérieur de l'enceinte et de la rigidité diélectrique du gaz d'isolement utilisé.
  • La tresse 32 est utilisée pour le passage du courant seulement pendant la manoeuvre du disjoncteur, quand le tube 30 a quitté les plots 4 et 13; le courant passe alors par les éléments 5A, 25, 20, 31 et la tresse 32 reliée à la prise 10.
  • On peut, en variante, remplacer le cylindre et le piston de soufflage par une ampoule à vide. La figure 4 illustre un disjoncteur, conforme à celui représenté dans les figures 1 à 3, mais dans lequel le cylindre 14, le piston 27, le tube 20, les contacts 5A et 25 ainsi que la buse 28 sont remplacés par une ampoule à vide 50 comprenant:
    • un boîtier isolant 51,
    • un couvercle métallique 52 relié à des doigts de contact 53 coopérant avec la tige 5,
    • un contact fixe 54 intérieur à l'ampoule,
    • un contact mobile 55 relié extérieurement à l'ampoule à la bielle de manoeuvre 21,
    • des soufflets d'étanchéité 56 et 57.
  • Le fonctionnement de cette variante de réalisation du disjoncteur est tout à fait semblable à celui qui a été décrit plus haut et ses avantages identiques.
  • L'invention trouve application dans la réalisation de disjoncteurs de tension nominale inférieure ou égale à 45 kV, et en particulier, de disjoncteurs de centrale.
  • On peut également envisager de mettre en oeuvre l'invention pour réaliser des disjoncteurs à basse tension à isolement dans l'air ou dans un gaz à rigidité électrique élevée.

Claims (5)

  1. Disjoncteur à moyenne tension comprenant une enveloppe (1) en matériau isolant dans lequel règne un gaz à bonnes propriétés diélectriques à l'intérieur de laquelle sont disposés:
    - des premiers contacts (4) reliés à une première prise de courant (2) et des seconds contacts (13) reliés à une seconde prise de courant (10),
    - un contact d'arc fixe (5, 54) relié à la première prise de courant et un contact d'arc mobile (25, 55) fixé à une bielle (21) mécaniquement reliée à un organe de manoeuvre et reliée électriquement à la seconde prise de contact, et
    - un contact permanent mobile (30) solidaire du contact d'arc mobile (25, 55) et établissant, lorsque le disjoncteur est en position enclenchée, une liaison entre les premiers (4) et lesdits seconds (13) contacts, caractérisé en ce que ledit contact permanent mobile est une pièce tubulaire (30) de faible longueur dans le sens de déplacement de celle-ci, de sorte que le passage du courant électrique y est interrompu avant l'apparition de l'arc lors du mouvement d'ouverture, lesdits premiers et seconds contacts étant disposés respectivement selon deux arcs de cercle espacés l'un de l'autre sur un même cercle.
  2. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les longueurs (a, a′) des arcs des premiers (4) et seconds (13) contacts sont voisins de 120 degrés.
  3. Disjoncteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit contact permanent mobile est relié à ladite seconde prise (10) par une tresse métallique (32).
  4. Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un cylindre (20) et un piston (26) de soufflage dirigeant un jet de gaz sur la zone d'arc.
  5. Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit contact d'arc fixe (54) et ledit contact d'arc mobile (55) font partie d'une ampoule à vide reliée d'une part à ladite première prise (2) et d'autre part audit contact permanent mobile (30).
EP90115069A 1989-08-09 1990-08-06 Disjoncteur à moyenne tension Expired - Lifetime EP0412479B1 (fr)

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EP0412479A1 EP0412479A1 (fr) 1991-02-13
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JP (1) JP2568303B2 (fr)
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AT (1) ATE114867T1 (fr)
BR (1) BR9003867A (fr)
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DE (1) DE69014473T2 (fr)
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