EP0847586B1 - Disjoncteur hybride a haute tension - Google Patents

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EP0847586B1
EP0847586B1 EP96927104A EP96927104A EP0847586B1 EP 0847586 B1 EP0847586 B1 EP 0847586B1 EP 96927104 A EP96927104 A EP 96927104A EP 96927104 A EP96927104 A EP 96927104A EP 0847586 B1 EP0847586 B1 EP 0847586B1
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EP
European Patent Office
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circuit breaker
compartment
primary
gas
switch
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EP96927104A
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German (de)
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Georges Bernard
Pierre Chevrier
Jean-Claude Faye
Pierre Leclercq
Joseph Maftoul
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Schneider Electric Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric SE
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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
    • H01H33/666—Operating arrangements
    • H01H33/6661—Combination with other type of switch, e.g. for load break 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
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/14—Multiple main contacts for the purpose of dividing the current through, or potential drop along, the arc
    • H01H33/143—Multiple main contacts for the purpose of dividing the current through, or potential drop along, the arc of different construction or type

Definitions

  • the cut-off device relates to a SF6 gas switch contained in an insulating envelope, and connected in series with a vacuum switch, which is arranged in an enclosure metallic.
  • Each switch has its own actuation means, those associated with the vacuum switch, intervening only when the current short circuit exceeds a predetermined threshold.
  • the vacuum switch is formed by several vacuum bulbs connected in parallel. The operating state of these bulbs cannot be easily checked by the user.
  • the gas circuit breaker and light bulb assembly vacuum is housed in a common envelope, and two mechanisms are required to activate the arcing contacts.
  • Such device is complicated and expensive.
  • the object of the invention is to provide a hybrid circuit breaker with high simple and cheap design tension.
  • the circuit breaker according to the invention is characterized in that the arcing contact gas circuit breaker is operated with the main mobile contact by a main control rod connected to a common mechanism, the movement of movement of the movable arcing contact of the switch being derived from the translational movement of the main rod thanks to a lever transmission intermediary housed in the second compartment.
  • the switch Since the switch does not support the mains voltage, it is possible to insert it in a compartment without an insulator.
  • the switch control means are housed in this compartment.
  • the switch can be constituted either by a vacuum bulb or by a arc breaking device, either by a semiconductor circuit power.
  • the gas circuit breaker can be of the self-expanding or self-blowing type by gas piston.
  • a high voltage hybrid circuit breaker pole 10 in particular greater than 100 kV, has a multiple contact system housed in a first compartment 12 and a second compartment 14 adjacent, the assembly being carried by a hollow support insulator 16.
  • the first compartment 12 contains a main circuit 18 powered by a pair of connection terminals 20, 22, and comprising a contact main mobile 24 in the form of a bridge cooperating with contacts main fixed 26, 28 in electrical connection respectively with the bomes 20, 22.
  • the main circuit 18 coaxially surrounds a gas circuit breaker 30 comprising a first metallic chamber 31 containing a first fixed arcing contact 32, and a second movable arcing contact 34 tubular arranged at the end of a conductive tube 36.
  • the other end of the tube 36 has a lug 38 for driving cooperating with a yoke transmission 40 to move the second arcing contact in translation movable 34 between a closed position and an open position.
  • chamber 31 communicates with the remaining volume of the first compartment 12 through the tube 36 and radial openings 42 of the yoke 40.
  • a spring 44 interposed between the yoke 40 and the pin 38 of the tube 36, requests the second arc contact 34 in engagement against the first arcing contact 32.
  • the first compartment 12 is delimited by an insulator 46 made of material insulator, in particular ceramic, while the second compartment 14 is arranged in a sealed envelope 48 of metallic material conductor, inserted between the open bottom 50 of the insulator 46, and a ferrule 52 of the support insulator 16.
  • An insulating gas with high dielectric strength, including sulfur hexafluoride, is found inside the two compartments 12, 14.
  • a vacuum interrupter 54 is arranged inside the second compartment 14, and comprises a second sealed chamber 56 located at vacuum in relation to gas pressure.
  • the vacuum interrupter 54 contains a third fixed arcing contact 58 carried by a stud 60 secured to the casing 48 metallic, and a fourth movable arcing contact 62 actuated in translation by a control rod 64 between a closed position and an open position.
  • the sliding rod 64 passes through the front wall 66 insulating chamber 56 with interposition of a sealing bellows 68, and is on the other hand in mechanical connection with a rod 70 cooperating with a double drive lever 72.
  • the double lever 72 is mounted with limited pivoting on an axis 74, and includes a first arm 72a having a first oblong opening 76 in which a crankpin 78 of the rod moves.
  • the second arm 72b has a second oblong opening 80 in which is engaged a drive shaft 82 secured to the main control rod 84.
  • the pivot axis 74 of the double lever 72 is fixed to the casing 48 metallic, and the straight rod 70 extends perpendicular to the rod main 84 of circuit breaker 10, which is connected to the control (not shown) by crossing the hollow support insulator 16.
  • the control rod 64 of the vacuum interrupter 54 is conductive of electricity, and is electrically connected to the yoke 40 by a braid of link 86.
  • the yoke 40 is electrically connected to the contact 34 by a sliding contact, for example pliers (not shown).
  • the casing 48 is electrically connected to the main contact 28 fixed at connection with terminal 22.
  • Figure 2 shows the unipolar electrical diagram of the hybrid circuit breaker 10.
  • the main circuit 18 in which the nominal current IP flows is electrically connected in parallel to the terminals of the gas circuit breaker 30 and of the vacuum interrupter 54, the movable arcing contacts 34, 62 of which are connected in series by braid 86.
  • a varistor 88 shown in dotted lines in FIG. 2 can be connected across the vacuum interrupter 54.
  • the main contacts 24, 26, 28, and all of the arcing contacts 32, 34; 58, 62 are slots.
  • FIG. 3B shows the interruption of the main current IP at time t1
  • the FIG. 3C shows the appearance of the current ID in the arc circuit.
  • the yoke 40 drives the lug 38 of the tube 36, and the descent of the axis 82 simultaneously causes the pivoting of the double lever 72 in a clockwise direction, and the translation from the rod 70 to the left. This results in the almost simultaneous opening of two pairs of arcing contacts 32, 34; 58, 62 of the gas circuit breaker 30, and the vacuum interrupter 54
  • the dielectric strength of the hybrid circuit breaker 10 is ensured by the gas circuit breaker 30, which must be placed in the first compartment 12 of insulator 46.
  • the vacuum interrupter 54 is unable to hold the mains voltage, and can therefore be placed in the second compartment 14 of the envelope 48 metallic.
  • the double lever 72 and the rod 70 for controlling the bulb vacuum 54 are also placed in the second compartment 14. It is clear that the vacuum interrupter can be replaced by another switch supporting the DU / dt of the transient recovery voltage well, by example a rotary arc switch, or a semiconductor of power.
  • the gas circuit breaker can be a self-expanding circuit breaker or a ramming with high voltages, for example greater than 100 kV ..
  • rods 84 and 70 can extend in directions any.

Description

L'invention est relative à un disjoncteur hybride à haute tension comprenant dans chaque pôle:
  • un circuit principal à contacts principaux pour le passage du courant nominal,
  • un circuit d'arc ayant un disjoncteur à gaz connecté en série avec un interrupteur supportant le DU/dt de la tension transitoire de rétablissement,
  • des moyens d'actionnement du contact principal mobile, et des contacts d'arc mobiles, entre des positions d'ouverture et de fermeture,
  • des bornes d'amenée de courant,
  • un carter rempli d'un gaz isolant à rigidité diélectrique élevée, ledit carter étant subdivisé en un premier compartiment confiné par un isolateur pour le logement des contacts principaux du circuit principal, et du disjoncteur à gaz, et un deuxième compartiment adjacent renfermant l'interrupteur, ledit deuxième compartiment étant formé par une enveloppe métallique en matériau conducteur.
Le dispositif de coupure selon le document DE-A-4405206 se rapporte à un interrupteur à gaz SF6 contenu dans une enveloppe isolante, et connecté en série avec un interrupteur à vide, lequel est agencé dans une enveloppe métallique. Chaque interupteur possède ses propres moyens d'actionnement, ceux associés à l'interrupteur à vide, intervenant uniquement lorsque le courant de court-circuit dépasse un seuil prédéterminé. L'interrupteur à vide est formé par plusieurs ampoules à vide branchés en parallèle. L'état de fonctionnement de ces ampoules ne peut pas être vérifié facilement par l'utilisateur.
Selon un autre dispositif connu, l'ensemble disjoncteur à gaz et ampoule à vide est logé dans une enveloppe commune, et deux mécanismes de commande sont nécessaires pour actionner les contacts d'arc. Un tel dispositif est compliqué et onéreux.
L'objet de l'invention consiste à réaliser un disjoncteur hybride à haute tension de conception simple et bon marché.
Le disjoncteur selon l'invention est caractérisé en ce que le contact d'arc mobile du disjoncteur à gaz est actionné avec le contact principal mobile par une tige principale de commande reliée à un mécanisme commun, le mouvement de déplacement du contact d'arc mobile de l'interrupteur étant dérivé du mouvement de translation de la tige principale grâce à un levier intermédiaire de transmission logé dans le deuxième compartiment.
Etant donné que l'interrupteur ne supporte pas la tension du réseau, il est possible de l'insérer dans un compartiment n'ayant pas d'isolateur. Les moyens de commande de l'interrupteur sont logés dans ce compartiment. L'interrupteur peut être constitué soit par une ampoule à vide, soit par un dispositif de coupure à arc toumant, soit par un circuit à semi-conducteur de puissance.
Le disjoncteur à gaz peut être du type à autoexpansion ou à autosoufflage par pistonnage du gaz.
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 aux dessins annexés dans lesquels :
  • la figure 1 est une vue schématique en coupe du disjoncteur hybride selon l'invention ;
  • la figure 2 montre le schéma électrique du disjoncteur hybride;
  • les figures 3A à 3E représentent les diagrammes du courant et de la tension en fonction du temps.
Sur la figure 1, un pôle de disjoncteur 10 hybride à haute tension, notamment supérieur à 100 kV, comporte un système de contacts multiples logés dans un premier compartiment 12 et un deuxième compartiment 14 adjacent, l'ensemble étant porté par un isolateur support 16 creux.
Le premier compartiment 12 renferme un circuit principal 18 alimenté par une paire de bomes de raccordement 20, 22, et comprenant un contact principal mobile 24 en forme de pont coopérant avec des contacts principaux fixes 26, 28 en liaison électrique respectivement avec les bomes 20, 22. Le circuit principal 18 entoure coaxialement un disjoncteur à gaz 30 comprenant une première chambre 31 métallique renfermant un premier contact d'arc fixe 32, et un deuxième contact d'arc mobile 34 tubulaire agencé à l'extrémité d'un tube 36 conducteur. L'autre extrémité du tube 36 est dotée d'un ergot 38 d'entraínement coopérant avec une chape de transmission 40 pour déplacer en translation le deuxième contact d'arc mobile 34 entre une position de fermeture et une position d'ouverture.
L'intérieur de la chambre 31 communique avec le volume restant du premier compartiment 12 à travers le tube 36 et des ouvertures 42 radiales de la chape 40. Un ressort 44, interposé entre la chape 40 et l'ergot 38 du tube 36, sollicite le deuxième contact d'arc 34 en engagement contre le premier contact d'arc 32.
Le premier compartiment 12 est délimité par un isolateur 46 en matériau isolant, notamment en céramique, tandis que le deuxième compartiment 14 est agencé dans une enveloppe 48 étanche en matériau métallique conducteur, intercalée entre le fond 50 ouvert de l'isolateur 46, et un embout 52 de l'isolateur support 16. Un gaz isolant à rigidité diélectrique élevée, notamment de l'hexafluorure de soufre, se trouve à l'intérieur des deux compartiments 12, 14.
Une ampoule à vide 54 est agencée à l'intérieur du deuxième compartiment 14, et comprend une deuxième chambre 56 étanche se trouvant en dépression par rapport à la pression gazeuse. L'ampoule à vide 54 renferme un troisième contact d'arc 58 fixe porté par un plot 60 assujetti à l'enveloppe 48 métallique, et un quatrième contact d'arc 62 mobile actionné en translation par une tige de commande 64 entre une position de fermeture et une position d'ouverture. La tige 64 coulissante traverse la paroi frontale 66 isolante de la chambre 56 avec interposition d'un soufflet d'étanchéité 68, et est d'autre part en liaison mécanique avec une tringle 70 coopérant avec un levier double 72 d'entraínement.
Le levier double 72 est monté à pivotement limité sur un axe 74, et comprend un premier bras 72a ayant une première ouverture 76 oblongue dans laquelle se déplace un maneton 78 de la tringle. Le deuxième bras 72b est doté d'une deuxième ouverture 80 oblongue dans laquelle est engagé un axe 82 d'entraínement solidaire de la tige principale 84 de commande. L'axe 74 de pivotement du levier double 72 est fixé à l'enveloppe 48 métallique, et la tringle 70 rectiligne s'étend perpendiculairement à la tige principale 84 du disjoncteur 10, laquelle est raccordée au mécanisme de commande (non représenté) en traversant l'isolateur support 16 creux.
La tige 64 de commande de l'ampoule à vide 54 est conductrice de l'électricité, et est connectée électriquement à la chape 40 par une tresse de liaison 86. La chape 40 est raccordée électriquement au contact 34 par un contact glissant, par exemple des pinces (non représenté).
L'enveloppe 48 est raccordée électriquement au contact principal 28 fixe en liaison avec la borne 22.
La figure 2 montre le schéma électrique unipolaire du disjoncteur hybride 10. Le circuit principal 18 dans lequel circule le courant nominal IP est connecté électriquement en parallèle aux bornes du disjoncteur à gaz 30 et de l'ampoule à vide 54, dont les contacts d'arc mobiles 34, 62 sont reliés en série par la tresse 86.
Une varistance 88 représentée en pointillé sur la figure 2 peut être branchée aux bornes de l'ampoule à vide 54.
Le fonctionnement du disjoncteur hybride 10 selon l'invention est le suivant :
En position de fermeture du disjoncteur 10, représentée à la figure 1, les contacts principaux 24, 26, 28, et tous les contacts d'arc 32, 34 ; 58, 62 sont fentes. La majorité du courant traverse le circuit principal 18, et la forme du courant total IT est illustrée à la figure 3A.
Lors de l'apparition d'un courant de défaut, le mécanisme actionne la tige principale 84 vers le bas, provoquant au temps t1 l'ouverture des contacts principaux, et la commutation du courant dans le circuit d'arc paralléle. La figure 3B montre l'interruption du courant principal IP au temps t1, et la figure 3C montre l'apparition du courant ID dans le circuit d'arc.
Après rattrapage de sa course morte, la chape 40 entraíne l'ergot 38 du tube 36, et la descente de l'axe 82 provoque simultanément le pivotement du levier double 72 dans le sens des aiguilles d'une montre, et la translation de la tringle 70 vers la gauche. Il en résulte l'ouverture quasi-simultanée des deux paires de contacts d'arc 32, 34 ; 58, 62 du disjoncteur à gaz 30, et de l'ampoule à vide 54
Sur les figures 3D et 3E représentant respectivement les tensions d'arc aux bomes de l'ampoule à vide 54, et du disjoncteur à gaz 30, on remarque que l'ampoule à vide 54 supporte la tension transitoire de rétablissement entre les temps t2 et t3. Sur l'exemple représenté, le disjoncteur à gaz 30 ne s'est pas encore déionisé à l'instant t3. Comme le disjoncteur à vide 54 ne peut supporter la tension du réseau, il réamorce à l'instant t3. On attend alors le passage à zéro du courant suivant, qui se produit à l'instant t4. Comme précédemment, l'ampoule à vide supporte la tension transitoire de rétablissement, entre les instants t4 et t5. Cette fois-ci, le disjoncteur à gaz 30 est en état de se déioniser. C'est ce qu'il fait à partir de t5. La tension se reporte alors progressivement sur lui, entre t5 et t6. A partir de t6, il supporte seul la tension du réseau.
La tenue diélectrique du disjoncteur hybride 10 est assurée par le disjoncteur à gaz 30, lequel doit impérativement être placé dans le premier compartiment 12 de l'isolateur 46.
L'ampoule à vide 54 est incapable de tenir la tension du réseau, et peut donc être placée dans le deuxième compartiment 14 de l'enveloppe 48 métallique. Le levier double 72 et la tringle 70 de commande de l'ampoule à vide 54 sont également placés dans le deuxième compartiment 14. Il est clair que l'ampoule à vide peut être remplacée par un autre interrupteur supportant bien le DU/dt de la tension transitoire de rétablissement, par exemple un interrupteur à arc tournant, ou un semi-conducteur de puissance.
Le disjoncteur à gaz peut être un disjoncteur à auto-expansion ou à pistonnage supportant des tensions de fortes valeurs, par exemple supérieures à 100 kV..
Selon une variante les tiges 84 et 70 peuvent s'étendre selon des directions quelconques.

Claims (5)

  1. Disjoncteur hybride à haute tension comprenant dans chaque pôle:
    un circuit principal à contacts principaux pour le passage du courant nominal,
    un circuit d'arc ayant un disjoncteur à gaz connecté en série avec un interrupteur supportant le dU/dt de la tension transitoire de rétablissement,
    des moyens d'actionnement du contact principal mobile, et des contacts d'arc mobiles, entre des positions d'ouverture et de fermeture,
    des bornes d'amenée de courant,
    un carter rempli d'un gaz isolant à rigidité diélectrique élevée, ledit carter étant subdivisé en un premier compartiment (12) confiné par un isolateur (46) pour le logement des contacts principaux (24, 26, 28) du circuit principal (18), et du disjoncteur à gaz (30), et un deuxième compartiment (14) adjacent renfermant l'interrupteur (54), ledit deuxième compartiment (14) étant formé par une enveloppe (48) métallique en matériau conducteur,
    caractérisé en ce que le contact d'arc mobile (34) du disjoncteur à gaz (30) est actionné avec le contact principal mobile (24) par une tige principale (84) de commande reliée à un mécanisme commun, le mouvement de déplacement du contact d'arc mobile (62) de l'interrupteur (54) étant dérivé du mouvement de translation de la tige principale (84) grâce à un levier (72) intermédiaire de transmission logé dans le deuxième compartiment (14).
  2. Disjoncteur hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que le disjoncteur à gaz comporte une chambre de coupure à autoexpansion.
  3. Disjoncteur hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que le disjoncteur à gaz comporte une chambre de coupure à autosoufflage par pistonnage du gaz isolant.
  4. Disjoncteur hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'interrupteur (54) du deuxième compartiment (14) est formé par une ampoule à vide.
  5. Disjoncteur hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'interrupteur (54) du deuxième compartiment (14) comprend un dispositif de coupure à arc toumant, ou un semi-conducteur de puissance.
EP96927104A 1995-08-31 1996-07-30 Disjoncteur hybride a haute tension Revoked EP0847586B1 (fr)

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DE (1) DE69602200T2 (fr)
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