EP0734035B1 - Disjoncteur à gaz équipé d'une chambre à autoexpansion et à arc tournant - Google Patents

Disjoncteur à gaz équipé d'une chambre à autoexpansion et à arc tournant Download PDF

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EP0734035B1
EP0734035B1 EP19960103750 EP96103750A EP0734035B1 EP 0734035 B1 EP0734035 B1 EP 0734035B1 EP 19960103750 EP19960103750 EP 19960103750 EP 96103750 A EP96103750 A EP 96103750A EP 0734035 B1 EP0734035 B1 EP 0734035B1
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EP
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arcing contact
circuit breaker
self
coil
arc
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EP19960103750
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EP0734035A1 (fr
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Alain Schneider Electric Chapusot
Pierre Schneider Electric Chevrier
Jean Claude Schneider Electric Faye
Paul Schneider Electric Glenat
Steve Schneider Electric Rowe
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Schneider Electric Industries SAS
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Schneider Electric High Voltage SA
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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
    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/98—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being initiated by an auxiliary arc or a section of the arc, without any moving parts for producing or increasing the flow
    • H01H33/982—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being initiated by an auxiliary arc or a section of the arc, without any moving parts for producing or increasing the flow in which the pressure-generating arc is rotated by a magnetic field
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H1/00—Contacts
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    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • H01H33/7007—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid wherein the flow is a function of the current being interrupted

Definitions

  • Such a circuit breaker is known from document EP-A-0 240 397.
  • the object of the invention is to improve the breaking of a self-expanding circuit breaker, regardless of the intensity of the current to be interrupted.
  • the circuit breaker according to the invention is characterized in that the breaking chamber contains in addition a cooling member arranged inside the coil to cool the gases hot in the vicinity of the fixed arcing contact, said cooling member being formed by a metal radiator subject to fixed arcing contact.
  • the radiator is attached to the internal wall of a tubular sleeve separated from the coil by an insulating coating, said sleeve being made of magnetic material to strengthen the magnetic field in the area of arc formation.
  • the presence of the radiator inside the coil limits any stagnation hot gas near the fixed arcing contact.
  • the radiator is equipped with a plurality of fins to optimize the heat exchange surface with the current supply socket at the coil.
  • a breaking chamber 10 of an autoexpansion and arc circuit breaker rotating is housed inside a sealed envelope (not shown) filled with gas insulator, with high dielectric strength, in particular sulfur hexafluoride.
  • the breaking chamber 10 contains a fixed annular arcing contact 12 mounted on the side internal of the front end face 14 of an electromagnetic coil 16.
  • the face rear 18 of the cylindrical coil 16 is electrically connected to a socket 20 current supply conductor passing through sealing the upper wall 22 of the chamber 10.
  • An insulating coating 24 is interposed radially between the side wall internal of the coil 16, and a tubular sleeve 26 of magnetic material, intended to strengthen the magnetic field in the arc formation area.
  • the fixed arcing contact 12 is formed by an annular track cooperating by abutment with a movable arcing contact 28 carried by the upper end of a tubular sleeve 30 in conductive material.
  • a compression spring 32 is coaxially associated with the end lower of the sleeve 30, which is additionally equipped with a control lug 34 likely to be driven in translation by a sliding contact 36 subject to a tube 38 mobile driver.
  • the movable tube 38 passes through a sealing hole 40 formed in an insulator 42 for closing the chamber 10.
  • the interior of the interrupting chamber 10 communicates with the volume of expansion of the casing of the circuit breaker through an exhaust channel 43 delimited by the hollow sleeve 30, so as to generate a gas flow in the event pressure increase caused by the rotation of the arc.
  • the cooling member 44 preferably metallic, is shaped as radiator 46 attached in thermal contact with the internal cylindrical wall of the sleeve 26, and bearing on the fixed arcing contact 12.
  • the radiator 46 is advantageously equipped 48 annular fins to optimize the heat exchange surface with the gaseous medium surrounding.
  • the presence of the radiator 46 inside the coil 16 limits any stagnation of gas hot near the fixed arcing contact 12, i.e. in the first part of the arc formation which is not traversed by the gas flow.
  • the arc is extinguished normally by the gas flow established through the tubular sleeve 30 of support of the movable arcing contact 28, constituting the second part of the formation zone arc.
  • the efficient cooling of the hot gases in the vicinity of the fixed arcing contact 12 contributes to improve the arc extinction and obtain excellent dielectric strength, avoiding any possibility of re-plating at zero current crossing.
  • Such an arrangement of the radiator 46 is particularly effective for breaking the currents low intensities.
  • the gas flow through the tubular movable arcing contact 28 can be improved by incorporating a nozzle with convergent / divergent inside the sleeve 30.
  • the radiator of the cooling member 44 inside the coil 16 may well heard in various forms, as defined in the revendications.

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  • Circuit Breakers (AREA)

Description

L'invention est relative à un disjoncteur à autoexpansion et à arc tournant logé à l'intérieur d'une enveloppe étanche remplie de gaz isolant à rigidité diélectrique élevée, notamment de l'hexafluorure de soufre, ladite enveloppe renfermant une chambre de coupure comportant :
  • un contact d'arc fixe annulaire associé à une bobine électromagnétique de mise en rotation de l'arc, ladite bobine cylindrique étant agencée coaxialement autour du contact d'arc fixe,
  • un contact d'arc mobile creux coopérant avec le contact d'arc fixe de manière à occuper une position de fermeture, et une position d'ouverture,
  • et un canal d'échappement disposé entre le contact d'arc mobile creux, et l'enveloppe du disjoncteur.
Un tel disjoncteur est connu du document EP-A-0 240 397.
L'extinction de l'arc dans les disjoncteurs à autoexpansion résulte de l'écoulement de gaz s'établissant dans le canal d'échappement lors de l'apparition de l'arc à l'intérieur de la chambre de coupure. Lors de la coupure de courants de faibles intensités, l'accroissement modéré de la pression gazeuse peut provoquer une stagnation de gaz chauds au voisinage du contact d'arc fixe. Ces gaz chauds restent stockés dans une zone de la chambre de coupure, qui n'est pas parcourue par l'écoulement gazeux, et on a constaté des phénomènes de reclaquage de l'arc au passage à zéro du courant.
L'objet de l'invention consiste à améliorer la coupure d'un disjoncteur à autoexpansion, indépendamment de l'intensité du courant à interrompre.
Le disjoncteur selon l'invention est caractérisé en ce que la chambre de coupure renferme de plus un organe de refroidissement agencé à l'intérieur de la bobine pour refroidir les gaz chauds au voisinage du contact d'arc fixe, ledit organe de refroidissement étant formé par un radiateur métallique assujetti au contact d'arc fixe.
Selon un mode de réalisation préférentiel, le radiateur est accolé à la paroi interne d'un manchon tubulaire séparé de la bobine par un revêtement isolant, ledit manchon étant réalisé en matériau magnétique pour renforcer le champ magnétique dans la zone de formation de l'arc. La présence du radiateur à l'intérieur de la bobine limite toute stagnation de gaz chauds près du contact d'arc fixe.
Selon une caractéristique de l'invention, le radiateur est équipé d'une pluralité d'ailettes pour optimiser la surface d'échange thermique avec la douille d'amenée de courant à la bobine.
Il en résulte un refroidissement efficace des gaz chauds au voisinage du contact d'arc fixe, ce qui évite toute possibilité de reclaquage au passage à zéro du courant.
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 au dessin annexé, illustrant une vue schématique en coupe axiale de la chambre de coupure d'un disjoncteur à autoexpansion, lequel est représenté en position d'ouverture sur la demi-vue de gauche, et en position de fermeture sur la demi-vue de droite.
Sur la figure unique, une chambre de coupure 10 d'un disjoncteur à autoexpansion et à arc tournant, est logée à l'intérieur d'une enveloppe (non représentée) étanche remplie de gaz isolant, à rigidité diélectrique élevée, notamment de l'hexafluorure de soufre.
La chambre de coupure 10 renferme un contact d'arc fixe 12 annulaire monté du côté interne de la face frontale 14 antérieure d'une bobine 16 électromagnétique. La face postérieure 18 de la bobine 16 cylindrique est raccordée électriquement à une douille 20 conductrice d'amenée de courant traversant à étanchéité la paroi supérieure 22 de la chambre 10. Un revêtement isolant 24 est intercalé radialement entre la paroi latérale interne de la bobine 16, et un manchon 26 tubulaire en matériau magnétique, destiné à renforcer le champ magnétique dans la zone de formation de l'arc.
Le contact d'arc fixe 12 est formé par une piste annulaire coopérant par aboutement avec un contact d'arc mobile 28 porté par l'extrémité supérieure d'un manchon 30 tubulaire en matériau conducteur. Un ressort 32 de compression est associé coaxialement à l'extrémité inférieure du manchon 30, laquelle est équipée en plus d'un ergot de commande 34 susceptible d'être entraíné en translation par un contact glissant 36 assujetti à un tube 38 mobile conducteur.
Le tube 38 mobile traverse à étanchéité un orifice 40 ménagé dans un isolateur 42 d'obturation de la chambre 10. L'intérieur de la chambre de coupure 10 communique avec le volume d'expansion de l'enveloppe du disjoncteur à travers un canal d'échappement 43 délimité par le manchon 30 creux, de manière à engendrer un écoulement gazeux en cas d'augmentation de pression occasionnée par la rotation de l'arc.
A l'intérieur de la bobine 16 se trouve un organe de refroidissement, désigné par le repère général 44, et destiné à refroidir les gaz chauds se trouvant au voisinage du contact d'arc fixe 12. L'organe de refroidissement 44 de préférence métallique, est conformé en radiateur 46 accolé en contact thermique avec la paroi cylindrique interne du manchon 26, et prenant appui sur le contact d'arc fixe 12. Le radiateur 46 est avantageusement équipé d'ailettes 48 annulaires pour optimiser la surface d'échange thermique avec le milieu gazeux environnant.
La présence du radiateur 46 à l'intérieur de la bobine 16 limite toute stagnation de gaz chauds près du contact d'arc fixe 12, c'est à dire dans la première partie de la zone de formation d'arc qui n'est pas parcourue par l'écoulement gazeux. L'arc est éteint normalement par l'écoulement gazeux s'établissant à travers le manchon 30 tubulaire de support du contact d'arc mobile 28, constituant la deuxième partie de la zone de formation d'arc.
Le refroidissement efficace des gaz chauds au voisinage du contact d'arc fixe 12 contribue à améliorer l'extinction de l'arc et à obtenir une excellente tenue diélectrique, en évitant toute possibilité de reclaquage au passage à zéro du courant.
Un tel agencement du radiateur 46 est particulièrement efficace pour la coupure de courants de faibles intensités.
L'écoulement gazeux à travers le contact d'arc mobile 28 tubulaire peut être amélioré en incorporant une tuyère avec convergent/divergent à l'intérieur du manchon 30.
Le radiateur de l'organe de refroidissement 44 à l'intérieur de la bobine 16 peut bien entendu se présenter sous diverses formes de réalisations, comme défini dans les revendications.

Claims (4)

  1. Disjoncteur à autoexpansion et à arc tournant logé à l'intérieur d'une enveloppe étanche remplie de gaz isolant à rigidité diélectrique élevée, notamment de l'hexafluorure de soufre, ladite enveloppe renfermant une chambre de coupure (10) comportant :
    un contact d'arc fixe (12) annulaire associé à une bobine (16) électromagnétique de mise en rotation de l'arc, ladite bobine cylindrique étant agencée coaxialement autour du contact d'arc fixe (12),
    un contact d'arc mobile (28) creux coopérant avec le contact d'arc fixe (12) de manière à occuper une position de fermeture, et une position d'ouverture,
    et un canal (43) d'échappement disposé entre le contact d'arc mobile (28) creux, et l'enveloppe du disjoncteur,
    caractérisé en ce que la chambre de coupure (10) renferme de plus un organe de refroidissement (44) agencé à l'intérieur de la bobine (16) pour refroidir les gaz chauds au voisinage du contact d'arc fixe (12), ledit organe de refroidissement étant formé par un radiateur (46) métallique assujetti au contact d'arc fixe (12).
  2. Disjoncteur à autoexpansion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le radiateur (46) est accolé à la paroi interne d'un manchon (26) tubulaire séparé de la bobine (16) par un revêtement (24) isolant, ledit manchon (22) étant réalisé en matériau magnétique pour renforcer le champ magnétique dans la zone de formation de l'arc.
  3. Disjoncteur à autoexpansion selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le radiateur (46) est équipé d'une pluralité d'ailettes (48) pour optimiser la surface d'échange thermique avec le milieu gazeux environnant.
  4. Disjoncteur à autoexpansion selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le contact d'arc fixe (12) est formé par une piste annulaire située sur le bord interne de la face frontale (14) de la bobine (16), et que le contact d'arc mobile (28) est sollicité par un ressort (32) en aboutement contre le contact d'arc fixe (12).
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