EP0709867B1 - Interrupteur électrique sous vide - Google Patents

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EP0709867B1
EP0709867B1 EP95116884A EP95116884A EP0709867B1 EP 0709867 B1 EP0709867 B1 EP 0709867B1 EP 95116884 A EP95116884 A EP 95116884A EP 95116884 A EP95116884 A EP 95116884A EP 0709867 B1 EP0709867 B1 EP 0709867B1
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EP
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coil
switch according
mentioned
branch
current
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EP95116884A
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German (de)
English (en)
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EP0709867A1 (fr
Inventor
Roger Schneider Electric Bolongeat-Mobleu
Frédéric Schneider Electric Burnaz
Hans Schneider Electric Schellekens
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Schneider Electric Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric Industries SAS
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Publication date
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    • 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
    • H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
    • H01H33/6641—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings making use of a separate coil

Definitions

  • the present invention relates to an electric switch intended to ensure breaking in an electrical circuit, of the type comprising an elongated vacuum cartridge with envelope cylindrical closed by two bottoms, in which two arcing contacts are housed, one of which, fixed, is secured to one of the aforementioned funds while the other, mobile, is mounted to axial sliding inside the cartridge, and at least one coil intended to produce an axial magnetic field in the arc formation area, said coil comprising a first end electrically connected to one of the aforementioned arcing contacts and a second end arranged in the current supply range.
  • a known circuit breaker (document FR-2.682.808) of the kind mentioned, comprises a ring-shaped coil placed in an annular housing formed by the bottom associated with the coil so that the latter is arranged coaxially outside the cartridge in line with the arcing contact separation interval.
  • One end of the coil is mechanically and electrically connected to the fixed arcing contact, while the other end is electrically connected to a current supply range while being electrically isolated from the fixed arcing contact.
  • One of the drawbacks of this type of circuit breaker is that, the coil being in series with the arcing contacts, all of the main current flows through the coil. It follows that it is necessary to provide a coil of large section, which therefore has a considerable bulk.
  • the present invention solves these problems and proposes a switch, in particular under vacuum using a coil for the creation of an axial magnetic field, of simple design and reduced dimensions.
  • the present invention relates to a switch of the kind previously mentioned according to claim 1.
  • the coil can be constituted by one or more turns of small section.
  • the bypass means comprises a resistive element.
  • this resistive element comprises a resistive washer electrically connecting the two aforementioned ends of the coil.
  • the aforementioned bypass means comprises a magnetic circuit.
  • the magnetic circuit is placed around a conductor electrically connecting the two aforementioned ends of the coil.
  • the magnetic circuit comprises at least one air gap intended delay the current bypass to a certain current intensity value main.
  • the bypass in the turn is carried out from 8000A.
  • the coil consists of a turn, the two of which ends each extend with an angular offset, parallel to the bottoms of the cartridge.
  • the first end of the coil is secured mechanically and electrically connected to the fixed arcing contact.
  • the aforementioned bypass means drifts between 10 and 60% of the current in the coil.
  • the coil and the bypass means are placed inside or outside the cartridge empty.
  • the coil and the bypass means are placed at inside the arcing contact between a conductive rod and an electrode of said contact.
  • each of the contacts is associated with a coil and a means of bypass, which are placed inside the vacuum cartridge.
  • a vacuum interrupter I mainly comprising a vacuum bulb (or cartridge) 1 and a coil 2 mounted coaxially around said bulb in a manner which will be described through the following.
  • This bulb 1 includes an envelope 3 consisting of a cylindrical part 3a closed by two opposite bottoms 3b, 3c. Inside the casing 3 are arranged a fixed arcing contact 4 secured to one 3b aforementioned funds, and a movable arcing contact 5 carried by a control rod (not shown) sealingly crossing the other 3c of the two bottoms.
  • Arc contacts 4, 5 are disc-shaped in a material of low resistivity.
  • Coil 2 is shaped ring arranged coaxially outside the cartridge 1 in line with the interval of separation of the arcing contacts 4, 5.
  • This coil 2 is constituted by a turn and comprises a first and a second end 2a, 2b each extending with an offset angular, parallel to said bottom 3b associated with the coil 2.
  • the first end 2a is mechanically and electrically secured to the fixed contact 4.
  • the second end 2b forms a current supply range connected to that of the circuit breaker, and is mechanically fixed to the fixed contact 4 by any suitable means, such as a screw passing through aligned holes provided in the two aforementioned ends 2a, 2b of the coil 2, and screwing into the contact fixed arc 4.
  • the switch I further comprises a means M, interposed between the two aforementioned ends 2a, 2b of the coil 2, to divert part of the current from the supply range of current 2b, through coil 2, while the part complementary to the current passing through the two ends 2a, 2b and the two arcing contacts 4, 5 until the moment of switching off.
  • this means M is a resistive element 6, in the form of a washer, interposed between the two ends 2a, 2b of turn 2.
  • this means M is a magnetic circuit 7 arranged around a conductor 8 electrically connecting the two above mentioned ends 2a, 2b.
  • This magnetic circuit 7 will advantageously include one or several air gaps depending on the desired performance.
  • switch I of the invention will be briefly described below. successively in its two embodiments illustrated respectively in FIGS. 2 and 3.
  • This vacuum interrupter I is particularly intended to ensure cutting in vacuum in axial field for a permanent current ranging from 630A to 3150A.
  • the current bypass occurs from the start of the current flow, during the cut, and this in a linear fashion. This derivation generates an axial magnetic field in the separation zone of the arcing contacts necessary for cutting.
  • this element 6 will advantageously be a washer made of a material of high resistivity (stainless steel or other).
  • the magnetic circuit 7 includes an air gap and will therefore remain practically inactive up to a certain intensity value. Until this value, the current bypass through coil 2 will be weak. From this value, the magnetic circuit 7 will activate, which will cause the derivation of a certain amount of current through coil 2, this bypass creating a sufficient axial magnetic field to obtain the cut.
  • this activation value of the circuit will advantageously be 8000A, value from which an axial magnetic field is necessary to obtain the break.
  • the turn 2 can remain of section small compared to the cross section of the conductor 9 through which the permanent current passes, unlike solutions in which the coil 2 is connected in series with the contacts arc 4, 5 and conducts almost all of the permanent current.
  • the section of coil 2 can therefore be reduced, all the more so in the event of a break, the passage time is short.
  • FIG 4 illustrates a third embodiment of the invention.
  • a vacuum interrupter 1 mainly comprising an insulating envelope of cylindrical shape closed by two metal bottoms 3b, 3c, and containing two contacts arc 4, 5 respectively fixed and movable extending coaxially inside said envelope.
  • the two contacts 4 and 5 have the same structure and are each constituted, as this is visible in Figure 5, by a conductive rod 10 and a conductive electrode 13 with a coil 12 and a bypass means 11 between the rod and the electrode.
  • this bypass means is an element resistive 11. But we could also consider interposing a means of derivation consisting of a magnetic circuit.
  • the invention will be advantageously applied to electrical switches belonging to areas ranging from low voltage to very high voltage.

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  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Description

La présente invention concerne un interrupteur électrique destiné à assurer la coupure dans un circuit électrique, du genre comprenant une cartouche allongée sous vide à enveloppe cylindrique obturée par deux fonds, dans laquelle sont logés deux contacts d'arc dont l'un, fixe, est solidaire de l'un des fonds précités tandis que l'autre, mobile, est monté à coulissement axial à l'intérieur de la cartouche, et au moins une bobine destinée à produire un champ magnétique axial dans la zone de formation de l'arc, ladite bobine comprenant une première extrémité reliée électriquement à l'un des contacts d'arc précités et une seconde extrémité agencée en plage d'amenée du courant.
Un disjoncteur connu (document FR-2.682.808) du genre mentionné, comporte une bobine en forme d'anneau placée dans un logement annulaire formé par le fond associé à la bobine de manière que cette dernière soit disposée coaxialement à l'extérieur de la cartouche au droit de l'intervalle de séparation des contacts d'arc. L'une des extrémités de la bobine est solidarisée mécaniquement et électriquement au contact d'arc fixe, tandis que l'autre extrémité est reliée électriquement à une plage d'amenée du courant tout en étant électriquement isolé du contact d'arc fixe. L'un des inconvénients de ce type de disjoncteur tient en ce que, la bobine étant en série avec les contacts d'arc, la totalité du courant principal traverse la bobine. Il en résulte qu'il est nécessaire de prévoir une bobine de section importante, laquelle présente de ce fait un encombrement considérable.
On connaít également le document EP 0 329 410 décrivant un dispositif comportant les caractéristiques du préambule de la revendication 1. Or, le dispositif décrit dans ce document, ne comporte pas de bobine indépendante des contacts. Le champs magnétique axial est crée par le courant circulant dans une partie annulaire formant partie intégrante du contact d'arc lui-même.
La présente invention résout ces problèmes et propose un interrupteur notamment sous vide utilisant une bobine pour la création d'un champ magnétique axial, de conception simple et d'encombrement réduit.
A cet effet, la présente invention a pour objet un interrupteur du genre précédemment mentionné selon la revendication 1.
On voit déjà que grâce à l'invention, la bobine peut être constituée par une ou plusieurs spires de section faible.
Selon une première réalisation de l'invention, le moyen de dérivation comprend un élément résistif.
Selon une caractéristique particulière, cet élément résistif comprend une rondelle résistive reliant électriquement les deux extrémités précitées de la bobine.
Selon une autre réalisation, le moyen de dérivation précité comprend un circuit magnétique.
Selon une caractéristique particulière, le circuit magnétique est placé autour d'un conducteur reliant électriquement les deux extrémités précitées de la bobine.
Selon une autre caractéristique, le circuit magnétique comporte au moins un entrefer destiné à retarder la dérivation du courant jusqu'à une certaine valeur d'intensité de courant principal.
Avantageusement, la dérivation dans la spire s'effectue à partir de 8000A.
Selon une autre caractéristique, la bobine est constituée par une spire dont les deux extrémités s'étendent chacune avec un décalage angulaire, parallèlement aux fonds de la cartouche .
Selon une autre caractéristique, la première extrémité de la bobine est solidarisée mécaniquement et reliée électriquement au contact d'arc fixe.
Avantageusement, le moyen de dérivation précité dérive entre 10 et 60% du courant dans la bobine.
La bobine et le moyen de dérivation sont placés à l'intérieur ou à l'extérieur de la cartouche à vide.
Selon une réalisation particulière, la bobine et le moyen de dérivation sont placés à l'intérieur du contact d'arc entre une tige conductrice et une électrode dudit contact.
Avantageusement, à chacun des contacts sont associés une bobine et un moyen de dérivation, lesquels sont placés à l'intérieur de la cartouche à vide.
Mais d'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaítront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels :
  • La figure 1 est une vue en perspective d'un interrupteur conforme à l'invention.
  • La figure 2 est une vue en coupe axiale de la figure précédente, illustrant une première réalisation de l'invention.
  • La figure 3 est une vue en coupe axiale de la figure 1, illustrant une seconde réalisation de l'invention,
  • La figure 4 est une vue en coupe axiale, illustrant une troisième réalisation de l'invention et
  • La figure 5 illustre, dans une vue en perspective, l'un des contacts d'arc de la réalisation de la figure 4.
    • Sur les figures 1, 2 et 3, on voit un interrupteur à vide I comprenant principalement une ampoule (ou cartouche) à vide 1 et une bobine 2 montée coaxialement autour de ladite ampoule d'une manière qui va être décrite à travers ce qui suit. Cette ampoule 1 comporte une enveloppe 3 constituée d'une partie cylindrique 3a fermée par deux fonds opposés 3b, 3c. A l'intérieur de l'enveloppe 3 sont disposés un contact d'arc fixe 4 solidaire de l'un 3b des fonds précités, et un contact d'arc mobile 5 porté par une tige de commande (non représentée) traversant d'une manière étanche l'autre 3c des deux fonds. Les contacts d'arc 4, 5 sont en forme de disque en un matériau de faible résistivité. La bobine 2 est en forme d'anneau disposé coaxialement à l'extérieur de la cartouche 1 au droit de l'intervalle de séparation des contacts d'arc 4, 5. Cette bobine 2 est constituée par une spire et comporte une première et une deuxième extrémité 2a, 2b s'étendant chacune avec un décalage angulaire, parallèlement audit fond 3b associé à la bobine 2. La première extrémité 2a est solidarisée mécaniquement et électriquement au contact fixe 4. La deuxième extrémité 2b forme une plage d'amenée du courant reliée à celle du disjoncteur, et est mécaniquement fixée au contact fixe 4 par tout moyen approprié, telle une vis traversant des trous alignés prévus dans les deux extrémités précitées 2a, 2b de la bobine 2, et se vissant dans le contact d'arc fixe 4.
    Conformément à l'invention, l'interrupteur I comporte en outre un moyen M, interposé entre les deux extrémités précitées 2a, 2b de la bobine 2, pour dériver une partie du courant issu de la plage d'amenée du courant 2b, à travers la spire 2, tandis que la partie complémentaire du courant traverse les deux extrémités 2a, 2b et les deux contacts d'arc 4, 5 jusqu'au moment de la coupure.
    Suivant une réalisation particulière de l'invention illustrée sur la figure 2, ce moyen M est un élément résistif 6, sous forme de rondelle, interposé entre les deux extrémités 2a, 2b de la spire 2.
    Suivant une autre réalisation particulière de l'invention illustrée sur la figure 3, ce moyen M est un circuit magnétique 7 disposé autour d'un conducteur 8 reliant électriquement les deux extrémités précitées 2a, 2b. Ce circuit magnétique 7 comportera avantageusement un ou plusieurs entrefers en fonction des performances recherchées.
    Avantageusement pour ces trois réalisations différentes, on dérivera entre 10 et 60% du courant total dans la spire 2, une dérivation inférieure à 10% étant insuffisante pour réaliser la coupure alors qu'une dérivation supérieure à 60% serait susceptible d'engendrer un échauffement indésirable.
    On décrira ci-après brièvement le fonctionnement de l'interrupteur I de l'invention successivement dans ses deux réalisations illustrées respectivement sur les figures 2 et 3.
    Cet interrupteur à vide I est particulièrement destiné à assurer la coupure dans le vide en champ axial pour un courant permanent allant de 630A à 3150A.
    Selon la réalisation illustrée sur la figure 2, la dérivation du courant se produit dès le début du passage du courant, pendant la coupure, et ce de façon linéaire. Cette dérivation engendre dans la zone de séparation des contacts d'arc, un champ magnétique axial nécessaire à la coupure.
    On notera que cet élément 6 sera avantageusement une rondelle réalisée en un matériau de forte résistivitée (Inox ou autre).
    Selon la réalisation illustrée sur la figure 3, le circuit magnétique 7 comporte un entrefer et restera donc pratiquement inactif jusqu'à une certaine valeur d'intensité. Jusqu'à cette valeur, la dérivation du courant à travers la spire 2 sera faible. A partir de cette valeur, le circuit magnétique 7 s'activera, ce qui entraínera la dérivation d'une certaine quantité de courant à travers la spire 2, cette dérivation créant un champ magnétique axial suffisant pour l'obtention de la coupure.
    On notera également que cette valeur d'activation du circuit sera avantageusement de 8000A, valeur à partir de laquelle un champ magnétique axial est nécessaire pour obtenir la coupure.
    L'un des avantages procurés par l'invention tient en ce que la spire 2 peut rester de section faible par rapport à la section du conducteur 9 traversé par le courant permanent, contrairement aux solutions dans lesquelles la bobine 2 est montée en série des contacts d'arc 4, 5 et conduit la quasi totalité du courant permanent. La section de la spire 2 peut donc être réduite, d'autant qu'en coupure, le temps de passage est court.
    La figure 4 illustre une troisième réalisation de l'invention. Sur cette figure, on voit un interrupteur à ampoule sous vide 1 comprenant principalement une enveloppe isolante de forme cylindrique fermée par deux fonds métalliques 3b, 3c, et renfermant deux contacts d'arc 4, 5 respectivement fixe et mobile s'étendant coaxialement à l'intérieur de ladite enveloppe. Les deux contacts 4 et 5 ont la même structure et sont constitués chacun, comme ceci est visible sur la figure 5, par une tige conductrice 10 et une électrode conductrice 13 avec entre la tige et l'électrode une bobine 12 et un moyen de dérivation 11.
    Selon la réalisation illustrée sur la figure 4, ce moyen de dérivation est un élément résistif 11. Mais on pourrait également envisager d'interposer un moyen de dérivation constitué par un circuit magnétique.
    Ainsi, tous les moyens assurant la génération d'un champ magnétique axial se trouvent à l'intérieur de 1' ampoule à vide. Ces moyens de dérivation par un matériau de forte résistivité ou un circuit magnétique dérivent entre 5 % et 60 % du courant dans les bobines. Cette solution est avantageuse pour des courants permanents allant de 630 à 3150 A.
    Elle permet en outre d'une part, d'améliorer considérablement la rigidité mécanique de l'ensemble lorsqu'appliquée dans un disjoncteur et d'autre part, de réduire les coûts de fabrication grâce à une construction des contacts particulièrement simple.
    L'invention sera appliquée avantageusement aux interrupteurs électriques appartenant aux domaines allant de la basse tension jusqu'en très haute tension.
    Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit.

    Claims (15)

    1. Interrupteur électrique destiné à assurer la coupure dans un circuit électrique, du genre comprenant une cartouche allongée sous vide à enveloppe cylindrique obturée par deux fonds, dans laquelle sont logés deux contacts d'arc dont l'un, fixe, est solidaire de l'un des fonds précités tandis que l'autre, mobile, est monté à coulissement axial à l'intérieur de la cartouche, et au moins une bobine destinée à produire un champ magnétique axial dans la zone de formation de l'arc, ladite bobine comprenant une première extrémité reliée électriquement à l'un des contacts d'arc précités et une seconde extrémité agencée en plage d'amenée du courant ,
      caractérisé en ce que les deux extrémités précitées (2a, 2b) de la bobine (2) sont reliées électriquement et en ce qu'il comporte un moyen de dérivation (M) interposé entre les deux extrémités précitées (2a, 2b), pour dériver une partie du courant principal à travers la bobine (2) pendant la coupure, afin de créer le champ magnétique axial, tandis que la partie complémentaire du courant traverse les deux extrémités de la bobine et les deux contacts d'arc (4,5).
    2. Interrupteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux extrémités (2a,2b) de la bobine (2) sont superposées.
    3. Interrupteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de dérivation précité (M) comprend un élément résistif (6).
    4. Interrupteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de dérivation précité (M) comprend un circuit magnétique (7).
    5. Interrupteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément résistif (6) comprend une rondelle résistive reliant électriquement les deux extrémités précitées (2a, 2b) de la bobine (2).
    6. Interrupteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit magnétique (7) est placé autour d'un conducteur (8) reliant électriquement les deux extrémités précitées (2a, 2b) de la bobine (2).
    7. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications 4 et 6, caractérisé en ce que le circuit magnétique (7) comporte au moins un entrefer destiné à retarder la dérivation du courant jusqu'à une certaine valeur d'intensité de courant principal.
    8. Interrupteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la dérivation du courant (2) s'effectue à partir de 8000A.
    9. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bobine (2) est constituée par une spire dont les deux extrémités (2a, 2b) s'étendent chacune avec un décalage angulaire, parallèlement aux fonds (3b, 3c) de la cartouche (1).
    10. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première extrémité (2a) de la bobine (2) est solidarisée mécaniquement et reliée électriquement au contact d'arc fixe (4).
    11. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de dérivation (11) précité dérive entre 10 et 60% du courant dans la bobine (2).
    12. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bobine (2) et le moyen de dérivation (M) sont placés à l'extérieur de la cartouche à vide (1).
    13. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la bobine (12) et le moyen de dérivation (M) sont placés à l'intérieur de la cartouche à vide (1).
    14. Interrupteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que la bobine (12) et le moyen de dérivation (11) sont placés à l'intérieur du contact d'arc (4, 5) entre une tige conductrice (10) et une électrode (13) dudit contact.
    15. Interrupteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à chacun des contacts (4, 5) sont associés une bobine (12) et un moyen de dérivatiaon (11) lesquels sont placés à l'intérieur de la cartouche à vide (1).
    EP95116884A 1994-10-31 1995-10-26 Interrupteur électrique sous vide Expired - Lifetime EP0709867B1 (fr)

    Applications Claiming Priority (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    FR9413408A FR2726396B1 (fr) 1994-10-31 1994-10-31 Interrupteur electrique sous vide
    FR9413408 1994-10-31

    Publications (2)

    Publication Number Publication Date
    EP0709867A1 EP0709867A1 (fr) 1996-05-01
    EP0709867B1 true EP0709867B1 (fr) 2001-12-05

    Family

    ID=9468630

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP95116884A Expired - Lifetime EP0709867B1 (fr) 1994-10-31 1995-10-26 Interrupteur électrique sous vide

    Country Status (7)

    Country Link
    US (1) US5861597A (fr)
    EP (1) EP0709867B1 (fr)
    JP (1) JPH08212881A (fr)
    CN (1) CN1075663C (fr)
    DE (1) DE69524363T2 (fr)
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