EP0750328A1 - Interrupteur auto-sectionneur - Google Patents

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EP0750328A1
EP0750328A1 EP96401331A EP96401331A EP0750328A1 EP 0750328 A1 EP0750328 A1 EP 0750328A1 EP 96401331 A EP96401331 A EP 96401331A EP 96401331 A EP96401331 A EP 96401331A EP 0750328 A1 EP0750328 A1 EP 0750328A1
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EP
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control shaft
electromagnet
switch
operating mechanism
shaft
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EP96401331A
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EP0750328B1 (fr
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Paul Rozier
Joachim Dams
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Grid Solutions SAS
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GEC Alsthom T&D 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
    • H01H33/60—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
    • 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
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/022—Details particular to three-phase circuit breakers
    • 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
    • H01H2033/6667—Details concerning lever type driving rod arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a medium-voltage self-disconnecting switch, usable up to 36 kV, with possible extensions up to 72 kV.
  • This device finds application in the production of cells and substations at medium voltage, indoor or outdoor.
  • An electrical disconnect switch is called an electrical device having the power to cut a nominal current, most often 400, 630 or 1250 amperes and which, when in the open position, has between its terminals excellent dielectric strength, at least equal to that required for the disconnectors.
  • the self-disconnecting switch of the invention is derived from the self-disconnecting circuit breaker which was the subject of European patent application No. 92 401816.1, the principle of which is recalled now.
  • Such a self-disconnecting circuit breaker comprises, for each pole, an insulating bushing enclosing a vacuum interrupter, the bushing comprising at a first end a first contact connected to a first terminal of the vacuum interrupter and at a second end a second contact connected to a second terminal of the vacuum interrupter, the bushings being fixed to a metal profile along which is disposed an operating shaft common to the vacuum interrupters and actuated by a control operation of the vacuum interrupters contained in an integral box of the profile, the latter being actuated in rotation to ensure the sectioning function.
  • Such a self-disconnecting circuit breaker makes it possible to fulfill the functions of cutting the current and cutting, and, therefore, it is equivalent to a circuit breaker framed by two disconnectors. Its construction is economical, its reduced size, its maintenance is facilitated by the fact that in the sectioning position, the poles are housed in a drawer that can be extracted under tension in complete safety.
  • the invention relates to a three-phase auto-disconnector switch characterized in that it comprises three insulating bushings each containing a vacuum interrupter, the bushings being integral with a beam which can pivot inside a chassis, the ampoules unladen being maneuvered by means of a control shaft associated with an operating mechanism, the beam being secured to a member for rotation by spring with neutral passage, the opening of the switch being made by the successive operation of the control shaft and of the member for rotating the beam.
  • control shaft is of the rickshaw type, the operating mechanism comprising an electromagnet.
  • control shaft is a rotary shaft, the operating mechanism comprising an electromagnet.
  • the electromagnet is supplied up to the point of passage through the neutral point of the rotating member with neutral point passage.
  • the reference 1 designates a tubular frame, provided with rollers 2, intended to be placed, in the manner of an extractable drawer, in a cabinet not shown.
  • a horizontal beam 4 is articulated by its two ends 4A and 4B to plates 5A and 5B fixed to the chassis, so as to be able to carry out a rotational movement of 90 ° around its longitudinal axis.
  • Beam 4 is at ground potential.
  • a shaft 10 for opening and closing the poles which can be actuated by rotation or by translation.
  • this tree 10 is a tree of the "rickshaw" type, since it acts by moving in translation along its own axis, under the action of an electro coil -magnet 12; the pole control mechanism is explained with reference to pole 7B: the movable rod 12B of the vacuum interrupter 9B is connected to a first end of a metal connecting rod 13B articulated around an axis 14B secured to the bushing 7B; the second end of the connecting rod 13B is articulated at a first end of an insulating connecting rod 15B capable of withstanding the operating voltage of the device; the second end of the insulating rod 15B is articulated in a lumen 17B from a first end of a metal bracket 18B whose second end 19B is articulated on the control shaft 10.
  • the bracket 18B pivots about an axis 20B secured to the beam 4. The translational movement along its axis of the shaft 10 causes the rotation of the bracket 18B and this movement is communicated to the control rod 12B by the connecting rods 15B and 13B.
  • the shaft 10 preferably has a rectangular section in its part between the joints, to allow easy fixing of the brackets; on either side of these joints it preferably has a circular shape, to slide freely through the plates 5A and 5B.
  • control shaft 10 for operating the bulbs is housed inside the joints of the beam 4, the shaft 10 moving in translation completely independently of the rotational movement of the beam 4.
  • the pole 7B has a first socket 24B cooperating with a current inlet 25B, and a second socket 26B cooperating with a bar 27B.
  • the other poles have the same sockets cooperating with the same homologous elements.
  • Insulating covers such as 29C provide insulation between the poles.
  • the pole is in the configuration of Fig. 1
  • the coil of the electromagnet 12 is excited, which has the effect of moving the shaft 10 in translation, causing the opening of the vacuum ampoules.
  • the beam 4 is suddenly pivoted 90 °, which causes the poles to be cut.
  • the passage through neutral is effected, at the latest when the disconnection is completed, the supply of the electromagnet is stopped; under the effect of atmospheric pressure, the vacuum ampoules close.
  • the closure can be effected by rotation of the beam, the contacts of the vacuum interrupter remaining open.
  • the current in the main circuit is then established at the end of the rotation by closing the contacts of the vacuum interrupter.
  • a cam 30 is secured to the beam 4 by a tube 31 passing through the plate 5A in which it can pivot freely; we note that inside this tube passes the shaft 10 for operating the poles. We denote by O the trace of the axis of rotation of the cam 30.
  • the cam 30 is articulated at a first end A of a spring 30A which is kept compressed when the switch is in the closed position.
  • the second end B of the spring 30A is fixed to the plate 5A.
  • the spring pushes the cam in the direction tending to rotate it counter-clockwise.
  • the angle between the axis AB of the spring 30A and the line AO is slightly less than 180 degrees of angle.
  • the cam is kept stationary by a lug 32 fixed to a nut 33 displaceable in translation on a threaded rod 34 which can be rotated by a motor 35; the nut 34 is immobilized in rotation by slides 36 and 37; the lug cooperates with a first shoulder 30 'of the cam, which is provided with a second shoulder 30 ".
  • the operation is as follows: immediately after the opening of the poles, or with a given delay, the motor 35 is actuated in rotation, causing the displacement of the lug 32 to the right of FIG. 2, which rotates the cam 30 in the direction clockwise. As soon as the line AB exceeds the neutral line, the spring 30A suddenly relaxes and causes the cam and all the mobile assembly which is integral with it to rotate rapidly, that is to say beam 4 and poles.
  • the sectioned position is shown in dashed lines in FIG. 2.
  • the switch is closed by operating the motor in the opposite direction to the direction used for opening; the lug, in abutment on the shoulder 30 ", drives the cam anti-clockwise, until passing neutral, with compression of the spring 30A; after which the lug is brought back into the position in abutment the 30 'lug, ready for a new interruption.
  • Figs. 4 and 5 illustrate another mode of actuation of the vacuum ampoules; in these figures, the elements common to these figures and to figures 1 to 3 have been given the same reference numbers.
  • the vacuum interrupters are actuated by a rotating shaft 40; the bracket 18B is this time replaced by a connecting rod 41B, the rest of the control mechanism being unchanged.
  • the shaft 40 is driven by a connecting rod 43 itself rotated by a shaft 44 displaced in translation by an electromagnet 45.
  • the motor 35 is provided with a crank 50 allowing manual control of the sectioning.

Landscapes

  • Keying Circuit Devices (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
  • Switches Operated By Changes In Physical Conditions (AREA)

Abstract

Interrupteur auto-sectionneur triphasé caractérisé en ce qu'il comprend trois traversées isolantes (7A, 7B, 7C) contenant chacune une ampoule à vide, les traversées étant solidaires d'une poutre (4) pouvant pivoter à l'intérieur d'un chassis, les ampoules à vide étant manoeuvrées par l'intermédiaire d'un arbre de commande (10) associé à un mécanisme de manoeuvre, la poutre étant associée à un organe (30) de mise en rotation brusque par ressort à passage de point mort, ledit organe étant commandé en même temps ou immédiatement après ledit arbre de commande.

Description

  • La présente invention concerne un interrupteur auto-sectionneur à moyenne tension, utilisable jusqu'à 36 kV, avec extensions possibles jusqu'à 72 kV. Cet appareil trouve application dans la réalisation de cellules et postes à moyenne tension, intérieurs ou extérieurs.
  • On appelle interrupteur auto-sectionneur un appareil électrique ayant le pouvoir de couper une intensité nominale, le plus souvent 400, 630 ou 1250 ampères et qui, lorsqu'il est en position ouverte, présente entre ses bornes une excellente tenue diélectrique, au moins égale à celle qui est exigée pour les sectionneurs.
  • L'interrupteur auto-sectionneur de l'invention est dérivé du disjoncteur auto-sectionneur ayant fait l'objet de la demande de brevet européen n° 92 401816.1 dont le principe est rappelé maintenant.
  • Un tel disjoncteur auto-sectionneur comprend, pour chaque pôle, un traversée isolante enfermant une ampoule à vide, la traversée comprenant à une première extrémité un premier contact relié à une première borne de l'ampoule à vide et à une seconde extrémité un second contact relié à une seconde borne de l'ampoule à vide, les traversées étant fixées à un profilé métallique le long duquel est disposé un arbre de manoeuvre commun aux ampoules à vide et actionné par une commande de manoeuvre des ampoules à vide contenu dans un coffret solidaire du profilé, ce dernier étant actionné en rotation pour assurer la fonction sectionnement.
  • Un tel disjoncteur auto-sectionneur permet de remplir les fonctions de coupure du courant et de sectionnement, et, de ce fait, il est équivalent à un disjoncteur encadré par deux sectionneurs. Sa construction est économique, son encombrement réduit, sa maintenance est facilitée par le fait qu'en position de sectionnement, les pôles se trouvent logés dans un tiroir extractible sous tension en toute sécurité.
  • L'interrupteur auto-sectionneur de l'invention repose sur deux principes importants:
    • l'utilisation d'une ampoule à vide de performances réduites, donc de prix de revient relativement faible,
    • la combinaison des mouvements de coupure par l'ampoule et d'isolement par la rotation des pôles.
  • L'invention a pour objet un interrupteur auto-sectionneur triphasé caractérisé en ce qu'il comprend trois traversées isolantes contenant chacune une ampoule à vide, les traversées étant solidaires d'une poutre pouvant pivoter à l'intérieur d'un chassis, les ampoules à vide étant manoeuvrées par l'intermédiaire d'un arbre de commande associé à un mécanisme de manoeuvre, la poutre étant solidaire d'un organe de mise en rotation par ressort à passage de point mort, l'ouverture de l'interrupteur se faisant par la manoeuvre successive de l'arbre de commande et de l'organe de mise en rotation de la poutre.
  • Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'arbre de commande est du type tire-pousse, le mécanisme de manoeuvre comprenant un électro-aimant.
  • Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, l'arbre de commande est un arbre rotatif, le mécanisme de manoeuvre comprenant un électro-aimant.
  • Dans tous les cas, l'électro-aimant est alimenté jusqu'au passage par le point mort de l'organe de mise en rotation à passage de point mort.
  • L'invention est expliquée en détail par la description de deux exemples de réalisation, en référence au dessin annexé dans lequel:
    • la figure 1 représente, en perspective, un interrupteur auto-sectionneur selon un premier mode de mise en oeuvre de l'invention, dans lequel la manoeuvre des pôles est assurée par un système de type "tire-pousse",
    • la figure 2 est une vue partielle en élévation de l'interrupteur auto-sectionneur de la Fig. 1, montrant notamment le système "tire-pousse",
    • la figure 3 est une vue de face de l'interrupteur auto-sectionneur de la Fig. 1,
    • la figure 4 est une vue en perspective d'un interrupteur auto-sectionneur selon un second mode de mise en oeuvre de l'invention, dans lequel la manoeuvre des pôles est assurée par un système de type rotatif,
    • la figure 5 est une vue de face de l'interrupteur de la figure 4.
  • Dans la figure 1, la référence 1 désigne un châssis tubulaire, muni de roulettes 2, destiné à être placé, à la manière d'un tiroir extractible, dans une armoire non représentée.
  • Une poutre horizontale 4 est articulée par ses deux extrémités 4A et 4B à des plaques 5A et 5B fixées au châssis, de manière à pouvoir effectuer un mouvement de rotation de 90° autour de son axe longitudinal. La poutre 4 est au potentiel de la terre.
  • A la poutre 4 sont fixées trois traversées isolantes 7A, 7B et 7C, contenant chacune une ampoule à vide. Chacune de ces traversée constitue un pôle de l'interrupteur. Pour la clarté du dessin, la traversée 7C n'a été représentée que partiellement et en traits tiretés; seule l'ampoule 9B de la traversée 7B a été représentée. Selon une caractéristique de l'invention, l'ampoule à vide est choisie, parmi les ampoules du commerce fabriquées économiquement en grande série, en fonction de son aptitude à couper le courant nominal du dispositif dans lequel l'interrupteur est installé, sans se préoccuper de la tenue en tension entre les bornes de l'ampoule. Cette tension est nulle lorsque l'ampoule a ses contacts en position fermée. La tenue en tension est assurée par le pivotement des pôles, comme il sera expliqué plus loin. A titre d'exemple, on choisira, pour couper 400 ou 630 ampères sous la tension simple correspondant à un réseau 24 kV, on choisira la moins chère et la plus petite des ampoules utilisées habituellement:
    • pour un recloser 11 kV ou,
    • pour un contacteur 7,2 kV ou 3,3 kV ou 1 kV.
  • A l'abri de la poutre 4 est disposé un arbre 10 de commande d'ouverture et de fermeture des pôles, qui peut être actionné par rotation ou par translation.
  • Dans l'exemple de la figure 1, cet arbre 10 est un arbre du type "tire-pousse", puisqu'il agit en se déplaçant en translation le long de son propre axe, sous l'action d'une bobine d'électro-aimant 12; le mécanisme de commande des pôles est expliqué en référence au pôle 7B: la tige mobile 12B de l'ampoule à vide 9B est reliée à une première extrémité d'une bielle métallique 13B articulée autour d'un axe 14B solidaire de la traversée 7B; la seconde extrémité de la bielle 13B est articulée à une première extrémité d'une bielle isolante 15B susceptible de tenir la tension de fonctionnement de l'appareil; la seconde extrémité de la bielle isolante 15B est articulée dans une lumière 17B d'une première extrémité d'une équerre métallique 18B dont la seconde extrémité 19B est articulée sur l'arbre de commande 10. L'équerre 18B pivote autour d'un axe 20B solidarisé à la poutre 4. Le déplacement en translation le long de son axe de l'arbre 10 provoque la rotation de l'équerre 18B et ce mouvement est communiqué à la tige de commande 12B par les bielles 15B et 13B.
  • Pour permettre le débattement nécessaire vers le haut de l'arbre 10, il est muni, de part et d'autre des pôles d'articulations 22 et 23 appropriées. On note que l'arbre 10 a de préférence une section rectangulaire dans sa partie comprise entre les articulations, pour permettre la fixation aisée des équerres; de part et d'autre de ces articulations il a de préférence une forme circulaire, pour coulisser librement à travers les plaques 5A et 5B.
  • On notera que l'arbre de commande 10 de manoeuvre des ampoules est logé à l'intérieur des articulations de la poutre 4, l'arbre 10 se déplaçant en translation tout à fait indépendemment du mouvement de rotation de la poutre 4.
  • Le pôle 7B possède une première prise de courant 24B coopérant avec une arrivée de courant 25B, et une seconde prise de courant 26B coopèrant avec une barre 27B. Les autre pôles possèdent les mêmes prises coopérant avec les mêmes éléments homologues. Des capots isolants tels que 29C assurent une isolation entre les pôles.
  • Le fonctionnement de l'interrupteur est le suivant.
    • OUVERTURE
  • Le pôle est dans la configuration de la Fig.1
  • La bobine de l'électro-aimant 12 est excité, ce qui a pour effet de déplacer l'arbre 10 en translation, provoquant l'ouverture des ampoules à vide. Immédiatement, ou après un délai déterminé, on provoque le pivotement brusque à 90° de la poutre 4, ce qui entraîne le sectionnement des pôles. Dès que le passage par le point mort est effectué, au plus tard lorsque le sectionnement est achevé, on cesse l'alimentation de l'éléctro-aimant; sous l'effet de la pression atmosphérique, les ampoules à vide se referment.
    • FERMETURE
  • Il suffit de provoquer la rotation de la poutre 4 de 90°, dans le sens opposé à celui de l'ouverture. En variante, la fermeture peut être effectuée par rotation de la poutre, les contacts de l'ampoule à vide restant ouverts. Le courant dans le circuit principal est alors établi à la fin de la rotation en fermant les contacts de l'ampoule à vide.
  • On décrit maintenant, en référence aux Fig. 1 à 3, le mécanisme permettant de provoquer la rotation brusque de la poutre 4.
  • Une came 30 est solidarisée à la poutre 4 par une tube 31 traversant la plaque 5A dans laquelle il peut pivoter librement; on note qu'à l'intérieur de ce tube passe l'arbre 10 de manoeuvre des pôles. On désigne par O la trace de l'axe de rotation de la came 30.
  • La came 30 est articulée à une première extrémité A d'un ressort 30A qui est maintenu comprimé lorsque l'interrupteur est en position fermée. La seconde extrémité B du ressort 30A est fixée à la plaque 5A. Lorsque l'interrupteur est en position fermée, le ressort pousse la came dans le sens tendant à la faire pivoter en sens inverse des aiguilles d'une montre. L'angle entre l'axe AB du ressort 30A et la ligne AO est légèrement inférieur à 180 degrés d'angle.
  • La came est maitenue immobile par un ergot 32 fixé à un écrou 33 déplaçable en translation sur une tige filetée 34 pouvant être entraînée en rotation par un moteur 35; l'écrou 34 est immobilisé en rotation par des glissières 36 et 37; l'ergot coopère avec un premier épaulement 30' de la came, qui est munie d'un second épaulement 30".
  • Le fonctionnement est le suivant:
    immédiatement après l'ouverture des pôles, ou avec un retard donné, le moteur 35 est actionné en rotation, provoquant le déplacement de l'ergot 32 vers la droite de la Fig.2., ce qui fait tourner la came 30 dans le sens des aiguilles d'une montre. Dès que la ligne AB dépasse passe la ligne de point mort, le ressort 30A se détend brusquement et entraîne en rotation rapide la came et tout l'ensemble mobile qui lui est solidaire, c'est-à-dire poutre 4 et pôles.
  • La position sectionnée est représentée en traits tiretés dans la Fig. 2.
  • La fermeture de l'interrupteur se fait en actionnant le moteur en sens inverse du sens utilisé pour l'ouverture; l'ergot, en butée sur l'épaulement 30", entraîne la came dans le sens anti-horaire, jusqu'à passage du point mort, avec compression du ressort 30A; après quoi l'ergot est ramené dans la position en butée contre l'ergot 30', prête pour une nouvelle interruption.
  • Les Fig. 4 et 5 illustrent un autre mode d'actionnement des ampoules à vide; dans ces figures, les éléments communs à ces figures et aux figures 1 à 3 ont reçu les mêmes numéros de référence.
  • Les ampoules à vide sont actionnées par un arbre tournant 40; l'équerre 18B est cette fois remplacée par une bielle 41B , le reste du mécanisme de commande étant inchangé.
  • L'arbre 40 est entrainé par une bielle 43 elle-même entraînée en rotation par un arbre 44 déplacé en translation par un électro-aimant 45.
  • On notera que le moteur 35 est muni d'une manivelle 50 permettant la commande manuelle du sectionnement.
  • L'invention n'est pas limitée aux exemples de mise en oeuvre décrits et représentés dans lesquels les moyens décrits peuvent être remplacés par des moyens équivalents.

Claims (4)

  1. Interrupteur auto-sectionneur triphasé caractérisé en ce qu'il comprend trois traversées isolantes ((7A, 7B, 7C) contenant chacune une ampoule à vide, les traversées étant solidaires d'une poutre (4) pouvant pivoter à l'intérieur d'un chassis (1), les ampoules à vide étant manoeuvrées par l'intermédiaire d'un arbre de commande (10, 40) associé à un mécanisme de manoeuvre (12, 45), la poutre étant solidaire d'un organe (30) de mise en rotation par ressort (30A) à passage de point mort, l'ouverture de l'interrupteur se faisant par la manoeuvre successive de l'arbre de commande (10, 40) et de l'organe (30) de mise en rotation de la poutre (4).
  2. Interrupteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre de commande (10) est du type tire-pousse, le mécanisme de manoeuvre comprenant un électro-aimant (12).
  3. Interrupteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre de commande est un arbre rotatif (40), le mécanisme de manoeuvre comprenant un électro-aimant (45).
  4. Interrupteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'électro-aimant ((12, 45) est alimenté jusqu'au passage par le point mort de l'organe (30) de mise en rotation à passage de point mort.
EP96401331A 1995-06-22 1996-06-19 Interrupteur auto-sectionneur Expired - Lifetime EP0750328B1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9507495A FR2735899B1 (fr) 1995-06-22 1995-06-22 Interrupteur auto-sectionneur
FR9507495 1995-06-22

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EP0750328A1 true EP0750328A1 (fr) 1996-12-27
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EP96401331A Expired - Lifetime EP0750328B1 (fr) 1995-06-22 1996-06-19 Interrupteur auto-sectionneur

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AT (1) ATE185649T1 (fr)
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ES (1) ES2138303T3 (fr)
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