EP0454035A1 - Disjoncteur à moyenne ou haute tension à contacts d'arc en bout - Google Patents

Disjoncteur à moyenne ou haute tension à contacts d'arc en bout Download PDF

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EP0454035A1
EP0454035A1 EP91106453A EP91106453A EP0454035A1 EP 0454035 A1 EP0454035 A1 EP 0454035A1 EP 91106453 A EP91106453 A EP 91106453A EP 91106453 A EP91106453 A EP 91106453A EP 0454035 A1 EP0454035 A1 EP 0454035A1
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EP
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circuit breaker
contacts
tube
contact
arc
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Withdrawn
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EP91106453A
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German (de)
English (en)
Inventor
Denis Dufournet
Bernard Joyeux-Bouillon
Jean Maineult
Michel Perret
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Alstom Holdings SA
Original Assignee
GEC Alsthom SA
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    • 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
    • H01H33/70—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
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/32—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts
    • H01H3/48—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts using lost-motion device

Definitions

  • the present invention relates to a circuit breaker with end arcing contacts, usable at medium or high voltage.
  • Circuit breakers with end arc contact comprising a sealed envelope filled with gases having good dielectric properties such as sulfur hexafluoride, and in which the arc is blown by compression of the gas during an operation of opening.
  • gases having good dielectric properties such as sulfur hexafluoride
  • gas compression occurs before the separation of the arcing contacts (this is called precompression); during this precompression phase, the main contacts of the circuit breaker are opened, which can be arranged outside the enclosure; the disadvantage of the precompression phase is that it requires significant operating energy which increases the cost of the device.
  • An object of the present invention is to provide a circuit breaker with arc blast at the end, arc blowing requiring only reduced energy for its operation.
  • the subject of the invention is a high or medium voltage circuit breaker with end arcing contacts, comprising a sealed insulating envelope filled with a gas having good dielectric properties, inside which a fixed arcing contact are arranged. , a movable arcing contact driven by an operating rod actuated by a mechanism external to the casing, a blowing chamber comprising a piston integral with the movable arcing contact and capable of sliding in a fixed cylinder, and a blowing nozzle , characterized in that it comprises means so that the operating rod moves over a given length without causing said arcing contact.
  • said movable arcing contact is a tube, said means comprising a light provided in the tube in which is engaged an arm secured to the operating rod.
  • the circuit breaker comprises fixed permanent contacts mechanically and electrically connected to said fixed arcing contact and cooperating with a tube constituting a mobile permanent contact connected to said operating rod.
  • the reference 1 designates a cylindrical insulating envelope, for example of porcelain, which delimits an interior volume 2, tight and filled with a gas with good dielectric properties such as sulfur hexafluoride, pure or mixed with nitrogen, under a pressure of a few bars.
  • a gas with good dielectric properties such as sulfur hexafluoride, pure or mixed with nitrogen, under a pressure of a few bars.
  • the fixed arcing contact of the circuit breaker consists of a metal tube 3, connected to a block 4 passing through the casing in a sealed manner and connected to a first socket 5.
  • the end 3A of the tube 3 is made in a alloy resistant to the effects of the arc, for example based on tungsten.
  • Block 4 is drilled, inside the envelope 1, a channel 6 to promote the circulation of gas inside the envelope.
  • the movable arcing contact consists of a metal tube 7, the end of which 7A which cooperates with the tube 3 is also made of an arc-resistant alloy.
  • the tube 7 has, towards its end opposite to the end 7A, at least one lateral bore 7B for the evacuation of the gas.
  • the tube 7 is integral with a blowing piston 9, provided with orifices 10 and associated with a cylinder 11 carrying a blowing nozzle 12 made of insulating material.
  • the piston 9 slides in a first bore 14 of a metal block 15 resting on the internal face of the insulating column 1.
  • This block 15 comprises a metal crown 16, coming from milling, which delimits, with the piston 9 and the wall of the bore 14 a blowing volume 17.
  • the crown carries a central hole not referenced in which slides the tube 7.
  • the crown 16 is pierced with at least one hole 18 associated with a unidirectional valve, which can be simply constituted by a flexible washer 19, and which allows the passage of gas only from the outside to the inside of the volume 17.
  • the block 15 is pierced with a channel 15A parallel to the axis of the column and making the volumes located on either side communicate.
  • the tube 7 is fixed, by a screw 20, to a metal cylinder 21 integral with an annular guide piece 22 which can slide in a second bore 23 of the block 15.
  • the part 22 is pierced with holes 22A.
  • the cylinder 21 has a slot 24 in which is engaged an arm 25 connected to a rod 26 articulated on a connecting rod 27 of the operating device, which further comprises a crank 28 wedged on a rotary shaft 29 driven by an operating device not shown , outside the envelope 1.
  • a spring 30, bearing on the ring 22, tends to push back the arm 25.
  • the cylinder 21 is electrically connected, by a braid 31, to a second socket 32 fixed to the block 15 and passing through the envelope in a sealed manner.
  • the maneuvering energy is reduced since there is no compression of the gas until the arc has burst.
  • the operating rod gains speed during the first phase, so that the arcing contacts separate very suddenly at the start of the second phase, which promotes cutting.
  • the embodiment which has just been described relates to a circuit breaker, preferably at medium voltage, in which the main contacts are outside the envelope containing the breaking chamber.
  • the variant embodiment of the invention shown in FIG. 4, relates to a circuit breaker used in high voltage, with main contacts placed inside the breaking chamber.
  • the metal block 4 carries contact fingers 40 constituting the fixed permanent contact of the circuit breaker.
  • the movable permanent contact consists of a metal tube 41 connected by arms 41A and a bar 41B, to an operating rod made of insulating material 42.
  • the blowing cylinder is a tube 43 sliding inside the tube 41 and in connection electric with the latter by sliding contacts 44.
  • the bottom 45 of the cylinder 43 is fixed by metal arms 46 secured to a fixed metal block 47 crossed by the insulating rod 42; at least one of the arms 46 is connected to the second socket 32.
  • the bottom 45 of the cylinder 43 is pierced with a central hole through which passes a metal tube 48 constituting the movable arcing contact and provided with a end of material resistant to the effects of the arc; this tube has a light 48A in which the bar 41B is engaged; moreover, a spring 50 is disposed between the bar 41 B and a ring 51 of the tube 48.
  • blowing piston 52 integral with the movable contact 48 and provided with orifices 53.
  • the bottom 45 of the cylinder 43 is provided with sliding contacts 55 to ensure the electrical connection between this bottom and the movable arcing contact; moreover, this bottom 45 is provided with a unidirectional valve 56 authorizing the passage of gas only from the outside towards the inside of the blowing volume 57 delimited by the cylinder 43, the bottom 45 and the piston 52.
  • the piston 52 is extended by a metal cylinder 58 which can slide inside the cylinder 43 and carrying a blowing nozzle 60 made of insulating material.
  • This alternative embodiment is preferably used for high voltage circuit breakers.

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Abstract

Disjoncteur à haute ou moyenne tension à contacts d'arc en bout, comprenant une enveloppe isolante étanche (1) remplie d'un gaz à bonnes propriétés diélectriques, à l'intérieur de laquelle sont disposés un contact d'arc fixe (3-3A) , un contact d'arc mobile (7-7A) entraîné par une tringle de manoeuvre (26) actionnée par un mécanisme extérieur à l'enveloppe, une chambre de soufflage (17) comprenant un piston (9) solidaire du contact d'arc mobile et pouvant coulisser dans un cylindre fixe (14), et une buse de soufflage (12), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (24) pour que la tringle de manoeuvre se déplace sur une longueur donnée sans entraîner ledit contact d'arc.

Description

  • La présente invention est relative à un disjoncteur à contacts d'arc en bout, utilisable en moyenne ou haute tension.
  • On connaît des disjoncteurs à contact d'arc en bout, comprenant une enveloppe étanche remplie de gaz à bonnes propriétés diélectriques tel que l'hexafluorure de soufre, et dans lesquels l'arc est soufflé par compression du gaz lors d'une manoeuvre d'ouverture. Dans les disjoncteurs de ce type, la compression du gaz intervient avant la séparation des contacts d'arc (on parle de précompression); pendant cette phase de précompression, on ouvre les contacts principaux du disjoncteur, qui peuvent être disposés à l'extérieur de l'enveloppe; la phase de précompression a pour inconvénient de nécessiter une énergie de manoeuvre importante qui grève le coût de l'appareil.
  • Un but de la présente invention est de réaliser un disjoncteur à contact d'arcs en bout à soufflage d'arc ne nécessitant pour sa manoeuvre qu'une énergie réduite.
  • L'invention a pour objet un disjoncteur à haute ou moyenne tension à contacts d'arc en bout, comprenant une enveloppe isolante étanche remplie d'un gaz à bonnes propriétés diélectriques, à l'intérieur de laquelle sont disposés un contact d'arc fixe, un contact d'arc mobile entraîné par une tringle de manoeuvre actionnée par un mécanisme extérieur à l'enveloppe, une chambre de soufflage comprenant un piston solidaire du contact d'arc mobile et pouvant coulisser dans un cylindre fixe, et une buse de soufflage, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour que la tringle de manoeuvre se déplace sur une longueur donnée sans entraîner ledit contact d'arc.
  • Par exemple, ledit contact d'arc mobile est un tube, lesdits moyens comprenant une lumière pratiquée dans le tube dans laquelle est engagée un bras solidaire de la tringle de manoeuvre.
  • Dans un mode de réalisation utilisable de préférence en haute tension, le disjoncteur comprend des contacts permanents fixe reliés mécaniquement et électriquement audit contact d'arc fixe et coopérant avec un tube constituant un contact permanent mobile relié à ladite tringle de manoeuvre.
  • L'invention sera bien comprise par la description donnée ci-après de deux modes de réalisation de l'invention, en regard du dessin annexé dans lequel:
    • la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un disjoncteur selon un premier mode de réalisation, représenté en position enclenchée,
    • la figure 2 est une vue en coupe axiale du même disjoncteur, représenté au début d'une manoeuvre de déclenchement,
    • la figure 3 est une vue en coupe axiale du même disjoncteur, représenté en fin de manoeuvre de déclenchement,
    • la figure 4 est une vue en coupe axiale d'un disjoncteur selon un second mode de réalisation de l'invention, représenté en position enclenchée.
  • Dans la figure 1, la référence 1 désigne une enveloppe cylindrique isolante, par exemple en porcelaine, qui délimite un volume intérieur 2, étanche et rempli d'un gaz à bonnes propriétés diélectriques tel que l'hexafluorure de soufre, pur ou mélangé d'azote, sous une pression de quelques bars.
  • Le contact d'arc fixe du disjoncteur est constitué d'un tube métallique 3, relié à un bloc 4 traversant l'enveloppe de manière étanche et relié à une première prise de courant 5. L'extrémité 3A du tube 3 est réalisée en un alliage résistant aux effets de l'arc, par exemple à base de tungstène. Le bloc 4 est percé, à l'intérieur de l'enveloppe 1, d'un canal 6 pour favoriser la circulation du gaz à l'intérieur de l'enveloppe.
  • Le contact d'arc mobile est constitué par un tube métallique 7, dont l'extrémité 7A qui coopère avec le tube 3 est également réalisé en alliage résistant à l'arc. Le tube 7 présente, vers son extrémité opposée à l'extrémité 7A, au moins un perçage latéral 7B pour l'évacuation du gaz.
  • Le tube 7 est solidaire d'un piston de soufflage 9, muni d'orifices 10 et associé à un cylindre 11 portant une buse de soufflage 12 en matériau isolant.
  • Le piston 9 coulisse dans un premier alésage 14 d'un bloc métallique 15 s'appuyant sur la face interne de la colonne isolante 1. Ce bloc 15 comporte une couronne métallique 16, venue de fraisage, qui délimite, avec le piston 9 et la paroi de l'alésage 14 un volume de soufflage 17. La couronne porte un trou central non référencé dans lequel coulisse le tube 7. Par ailleurs, la couronne 16 est percée d'au moins un trou 18 associé à une valve unidirectionnelle, pouvant être simplement constituée par une rondelle souple 19, et qui n'autorise le passage du gaz que de l'extérieur vers l'intérieur du volume 17.
  • Le bloc 15 est percé d'un canal 15A parallèle à l'axe de la colonne et faisant communiquer les volumes situés de part et d'autre.
  • Le tube 7 est fixé, par une vis 20, à un cylindre métallique 21 solidaire d'une pièce annulaire de guidage 22 qui peut coulisser dans un second alésage 23 du bloc 15.
  • La pièce 22 est percée de trous 22A.
  • Le cylindre 21 possède une lumière 24 dans laquelle est engagé un bras 25 relié à une tige 26 articulée sur une bielle 27 du dispositif de manoeuvre, qui comprend en outre une manivelle 28 calée sur un arbre rotatif 29 entraîné par un organe de manoeuvre non représenté, extérieur à l'enveloppe 1.
  • Un ressort 30, prenant appui sur l'anneau 22, tend à repousser le bras 25.
  • Le cylindre 21 est relié électriquement, par une tresse 31, à une seconde prise de courant 32 fixée au bloc 15 et traversant l'enveloppe de manière étanche.
  • Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant:
    • en position enclenchée, (cas de la figure 1), la majeure partie du courant passe par les contacts principaux, extérieurs à l'enveloppe 1, non représentés, connectés électriquement en parallèle sur les contacts d'arc et possédant leur propre organe de manoeuvre.
  • Les extrémités des contacts d'arc 3A et 7A se touchent; le ressort 30 est bandé.
    • à l'ouverture, un ordre est donné à l'organe de manoeuvre et l'arbre 29 se met à tourner. Dans une première phase, le bras 25 est entraîné à l'intérieur de la lumière 24, sans entraîner les cylindres 21 et 7, ni provoquer aucune précompression dans le volume 17. La détente du ressort 30 aide à la manoeuvre. Cette première phase est mise à profit pour commander l'ouverture des contacts principaux; le courant est alors commuté sur les contacts d'arc et traverse la prise 5, le bloc 4, le tube 3-3A, le tube 7-7A, le tube 21, la tresse 31 et la prise 32. La figure 2 montre la disposition des éléments du disjoncteur pendant cette première phase.
    • lorsque le bras 25 atteint l'extrémité de la lumière 24, le tube 21 et par suite, le contact d'arc mobile 7-7A est entraîné. Un arc jaillit et est soufflé par le gaz du volume 17, comprimé par le déplacement du piston 9 et s'échappant à travers la buse 12 dès que le passage est libre. La figure 3 illustre la fin de cette seconde phase pendant laquelle le gaz du volume 17 est comprimé.
  • Grâce aux dispositions qui viennent d'être décrites, l'énergie de manoeuvre est réduite car il n'y a pas de compression du gaz tant que l'arc n'a pas jailli. En outre, la tige de manoeuvre prend de la vitesse pendant la première phase, de sorte que les contacts d'arc se séparent de manière très brusque au début de la seconde phase, ce qui favorise la coupure.
  • Le mode de réalisation qui vient d'être décrit concerne un disjoncteur, de préférence à moyenne tension, dans lequel les contacts principaux sont à l'extérieur de l'enveloppe contenant la chambre de coupure.
  • La variante de réalisation de l'invention, représentée dans la figure 4, concerne un disjoncteur utilisé en haute tension,avec des contacts principaux placés à l'intérieur de la chambre de coupure.
  • Dans la figure 4, on a désigné par les mêmes numéros de référence les éléments communs à cette figure et aux figures précédentes.
  • Le bloc métallique 4 porte des doigts de contact 40 constituant le contact permanent fixe du disjoncteur. Le contact permanent mobile est constitué par un tube métallique 41 relié par des bras 41A et une barre 41B, à une tringle de manoeuvre en matériau isolant 42. Le cylindre de soufflage est un tube 43 coulissant à l'intérieur du tube 41 et en liaison électrique avec ce dernier par des contacts glissants 44. Le fond 45 du cylindre 43 est fixé par des bras métalliques 46 solidarisé à un bloc métallique fixe 47 traversé par la tringle isolante 42; l'un au moins des bras 46 est relié à la seconde prise de courant 32. Le fond 45 du cylindre 43 est percé d'un trou central dans lequel passe un tube métallique 48 constituant le contact d'arc mobile et muni d'une extrémité en matériau résistant aux effets de l'arc; ce tube possède un lumière 48A dans laquelle la barre 41B est engagée; par ailleurs, un ressort 50 est disposé entre la barre 41 B et une couronne 51 du tube 48.
  • A l'intérieur du cylindre 43 coulisse un piston de soufflage 52, solidaire du contact mobile 48 et muni d'orifices 53.
  • Le fond 45 du cylindre 43 est muni de contacts glissants 55 pour assurer la liaison électrique entre ce fond et le contact d'arc mobile; par ailleurs, ce fond 45 est muni d'une valve unidirectionnelle 56 n'autorisant le passage du gaz que de l'extérieur vers l'intérieur du volume de soufflage 57 délimité par le cylindre 43, le fond 45 et le piston 52. Le piston 52 est prolongé par un cylindre métallique 58 pouvant coulisser à l'intérieur du cylindre 43 et portant une buse de soufflage 60 en matériau isolant.
  • Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant:
    • en position enclenchée, le disjoncteur est dans la configuration représentée dans la figure 4. La barre 41B est en haut de la lumière 48A, le ressort 50 est bandé, le volume de soufflage est maximal. Le courant traverse alors la prise 5, le bloc 4, les doigts 40, le tube 41, les contacts glissants 44, le cylindre 43, le fond 45, les bras 46 et la prise 32.
    • lorsque l'ordre d'ouverture est donné, la tringle isolante se déplace vers le bas de la figure. Pendant une première phase, correspondant au parcours par la barre 41B de la lumière 48A, le cylindre 41 est seul entraîné, provoquant la séparation des contacts permanents. Pendant cette phase, le piston 52 reste immobile, de sorte qu'aucune précompression du gaz n'intervient.
    • lorsque la barre 41B atteint l'extrémité basse de la lumière, le tube 48 est entraîné, provoquant la séparation des contacts d'arc 3A et 48B, ainsi que la compression du volume de soufflage 57.
  • Là encore, grâce à la disposition qui a été décrite, l'énergie nécessaire à la manoeuvre est faible, car il n'y a pas de précompression avant la séparation des contacts d'arc; celle-ci intervient de manière brusque, grâce à la vitesse acquise par l'équipage mobile pendant la première phase.
  • Cette variante de réalisation est utilisée de préférence pour les disjoncteurs à haute tension.

Claims (3)

  1. Disjoncteur à haute ou moyenne tension à contacts d'arc en bout, comprenant une enveloppe isolante étanche (1) remplie d'un gaz à bonnes propriétés diélectriques, a l'intérieur de laquelle sont disposés un contact d'arc fixe (3-3A) , un contact d'arc mobile (7-7A) entraîné par une tringle de manoeuvre (26) actionnée par un mécanisme extérieur à l'enveloppe, une chambre de soufflage (17) comprenant un piston (9) solidaire du contact d'arc mobile et pouvant coulisser dans un cylindre fixe (14), et une buse de soufflage (12), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (24) pour que la tringle de manoeuvre se déplace sur une longueur donnée sans entraîner ledit contact d'arc.
  2. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit contact d'arc mobile (7-7A) est un tube, lesdits moyens comprenant une lumière (24) pratiquée dans le tube dans laquelle est engagée un bras (25) solidaire de la tringle de manoeuvre (26).
  3. Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des contacts permanents fixes (40) reliés mécaniquement et électriquement audit contact d'arc fixe (3-3A) et coopérant avec un tube (41) constituant un contact permanent mobile relié à ladite tringle de manoeuvre (42).
EP91106453A 1990-04-25 1991-04-22 Disjoncteur à moyenne ou haute tension à contacts d'arc en bout Withdrawn EP0454035A1 (fr)

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EP (1) EP0454035A1 (fr)
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