EP0884745B1 - Disjoncteur à résistance de fermeture - Google Patents

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EP0884745B1
EP0884745B1 EP98401355A EP98401355A EP0884745B1 EP 0884745 B1 EP0884745 B1 EP 0884745B1 EP 98401355 A EP98401355 A EP 98401355A EP 98401355 A EP98401355 A EP 98401355A EP 0884745 B1 EP0884745 B1 EP 0884745B1
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EP
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contacts
circuit breaker
semi
contact
arcing
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Michel Perret
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Alstom T&D SA
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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
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/16—Impedances connected with contacts
    • H01H33/166—Impedances connected with contacts the impedance being inserted only while closing the switch

Definitions

  • the invention relates to a circuit breaker comprising a first contact permanent and a first arcing contact fixedly mounted in an enclosure, a second permanent contact and a second arcing contact mounted mobile in the envelope in a certain longitudinal direction and intended to cooperate with the first fixed contacts and a resistor insertion system closing, the second movable contacts being part of a crew carrying a blowing nozzle.
  • the object of the invention is to propose a system for inserting the closing resistance for such a circuit breaker which is of a simple design and which allows to obtain a good compactness of the assembly with a minimum moving parts.
  • Document DE 3 411 445 describes a circuit breaker according to the preamble of claim 1.
  • the invention relates to such a circuit breaker characterized in that than the first permanent contact is fixed and the resistance insertion system wear one third arcing contact intended to cooperate with a fourth fixed arcing contact connected to the fixed permanent contact, this semi-mobile block by its displacement, bringing the third and fourth arcing contacts closer to each other to short-circuit this closing resistance while said first and second arcing contacts are connected to each other and that the permanent contacts are separated from each other, these permanent contacts being connected to each other only after the third and fourth arcing contacts are themselves connected to each other.
  • the semi-mobile block has a conical end which fits into the tulip-shaped blowing nozzle during the closing operation of the breaker. In this way, the effects of the shock between the nozzle and the block are eliminated. semi-mobile when they come into contact with each other and we get a movement speed of the semi-mobile unit identical to that of the first movable contacts when the circuit breaker closes.
  • the semi-movable block has a tubular shape and has a spring which is compressed on closing of the circuit breaker and a chamber that fills with gas during this closing operation so that when the circuit breaker opens, the spring when expanding automatically moves the semi-movable block in the direction of movement of the first arcing contacts and permanent to separate the third and fourth arcing contacts.
  • the displacement of this semi-mobile block the opening of the circuit breaker is delayed and slowed down compared to displacement of the first arcing contacts and permanent because the spring relaxation is accompanied by a necessary evacuation of gas from the chamber by calibrated openings.
  • circuit breaker An exemplary embodiment of the circuit breaker according to the invention is described below in more detail and illustrated in the drawings.
  • Figure 1 very schematically shows a circuit breaker according to the invention in the fully open position.
  • Figure 2 very schematically shows the circuit breaker of Figure 1 in a first intermediate closed position.
  • Figure 3 shows very schematically the circuit breaker of Figure 1 in a second intermediate closed position.
  • Figure 4 very schematically shows the circuit breaker of Figure 1 in a fully closed position.
  • Figure 5 shows very schematically the circuit breaker of Figure 1 in a first intermediate opening position.
  • Figure 6 shows very schematically the circuit breaker of Figure 1 in a second intermediate opening position.
  • the circuit breaker partially shown in the figures includes a insulating casing 1 of cylindrical shape, for example of porcelain, which delimits an interior volume 2 intended to be filled with a dielectric gas as SF6 under a pressure of a few bars.
  • This circuit breaker is a single movement circuit breaker, i.e. with a single movable equipment of arcing contacts and permanent, and includes a insertion system of a closing resistor whose arrangement allows simply check the duration of insertion of the closing resistance of the circuit breaker, this resistor should not be inserted when the breaker.
  • the closing resistor 4 consists of a stack of resistors housed in an insulating support 5 placed inside the enclosure to one end of it. Closing resistor 4 is in electrical contact with a metal block 6 on which is fixed a metal rod 7 which extends axially in the envelope. In the embodiment shown in the figures, the closing resistor 4 extends axially in the envelope but one could also provide an eccentric arrangement of this resistance in the envelope without departing from the scope of the invention.
  • the fixed arcing contact 8 is disposed at the free end of the rod 7.
  • the fixed permanent contact 9 is arranged at one end of a metal tube 9A arranged coaxially around the rod 7.
  • An insulating cone 10 is provided so optional to hold the rod 7 inside the tube 9A.
  • the closing resistor 4 insertion system comprises a block semi-mobile metallic 14 of tubular shape which is mounted to be able slide on the rod 7, that is to say along the axis 3.
  • This semi-mobile block 14 is electrically connected to the rod 7 by sliding contacts 17. It carries a arcing contact 15 subsequently called first switching contact in the form of tulip which is intended to cooperate with another arcing contact 16 in the form ring (hereinafter called second switching contact) disposed at inside the cylindrical tube 9A and electrically connected thereto.
  • the arrangement of the resistance insertion system is essentially arranged axially in the envelope which can therefore have a relatively small diameter.
  • the semi-mobile block 14 has one end, which faces the blowing nozzle 13, cone-shaped adapted to come fit into the nozzle.
  • the other end face (left face on the figures) of the semi-mobile block 14 closes behind a compression piston 18 which is constituted by a crown secured to the rod 7.
  • a spring 20 is mounted between the piston 18 and a shoulder located at rear of the conical end of the semi-movable block.
  • the space defined between this piston and this other end face constitutes a chamber 19 with volume variable.
  • Chamber 19 in the semi-mobile block communicates with the volume inside the tube 9A by openings 21.
  • FIG. 1 the circuit breaker is in the fully open position.
  • the fixed contacts 8 and 9 are separated from mobile contacts 11 and 12.
  • Contact 15 is separated from contact 16.
  • the spring 20 in the semi-movable block is completely relaxed and the space between the piston 18 and the left face of the semi-mobile block is minimum.
  • the arcing contacts 8 and 11 are less distant by construction from each other than permanent contacts 9 and 12 ce which means that when the circuit breaker closes, the contacts 8 and 11 are connected mutually before contacts 9 and 12.
  • the contacts of switching 15 and 16 are distant from each other by a distance such that these contacts connect to each other after connecting the arcing contacts but before the connection of the permanent contacts which allows control, via the displacement of the semi-mobile block, the duration of the insertion of the resistor 4 at the closing as we will see later.
  • the chamber 19 is filled gas passing through the openings 21.
  • the arcing contacts 8 and 11 are connected to each other while the switching contacts 15 and 16 are just close enough to each other to that an electric arc 22 can be created between them without an electric arc can be created between permanent contacts 9 and 12. Indeed, the latter are at this time distant from each other by a greater distance than that separating the switching contacts.
  • the closing resistance 4 is short-circuited since the current flows between the arcing contacts 11 and 8, in the rod 7, in the sliding contacts 17, in the semi-mobile block 14, in switching contact 15, in switching contact 16 and in the tube 9A.
  • the movable contacts 11 and 12 are move from left to right in the figures. Permanent contacts 9 and 12 separate first from each other, then then the arcing contacts 8 and 11 but the switching contacts 15 and 16 always remain connected for some time to each other as shown in Figures 5 and 6 because the block semi-mobile moves more slowly than mobile contacts. In fact, the block semi-mobile moves from left to right in the figures by the action of the spring 20 which exerts a restoring force by relaxing against the piston 18.
  • the relaxation of the spring 20 is delayed and slowed down by the fact that a force opposite of resistance opposes the restoring force exerted by the spring, this contrary force resulting from the necessary compression of gas in the chamber 19 whose volume decreases as the semi-mobile block moves because the gas exhaust openings in this chamber are calibrated so adequate.
  • This calibration is such that the switching contacts 15 and 16 are only separate from each other after complete separation of the contacts arc. In this way, the short-circuit current cannot pass through the closing resistor 4 when opening the circuit breaker. It's only when the electric arc created between the arcing contacts is blown out in particular that the semi-mobile block 14 finishes its race to separate the contacts 15 and 16 and return to its initial position illustrated in FIG. 1.

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Description

L'invention concerne un disjoncteur comprenant un premier contact permanent et un premier contact d'arc montés fixes dans une enveloppe, un second contact permanent et un second contact d'arc montés mobiles dans l'enveloppe suivant une certaine direction longitudinale et destinés à coopérer avec les premiers contacts fixes ainsi qu'un système d'insertion d'une résistance de fermeture, les seconds contacts mobiles faisant partie d'un équipage portant une buse de soufflage.
Le but de l'invention est de proposer un système d'insertion de la résistance de fermeture pour un tel disjoncteur qui soit d'une conception simple et qui permette d'obtenir une bonne compacité de l'ensemble avec un minimum de pièces en mouvement.
Le document DE 3 411 445 décrit un disjoncteur selon le préambule de la revendication 1.
A cet effet, l'invention a pour objet un tel disjoncteur caractérisé en ce que le premier contact permanent est fixe et le système d'insertion de la résistance porte un troisième contact d'arc destiné à coopérer avec un quatrième contact d'arc fixe relié au contact permanent fixe, ce bloc semi-mobile par son déplacement, rapprochant les troisième et quatrième contacts d'arc l'un de l'autre pour court-circuiter cette résistance de fermeture alors que lesdits premier et second contacts d'arc sont connectés l'un à l'autre et que les contacts permanents sont séparés l'un de l'autre, ces contacts permanents étant connectés l'un à l'autre seulement après que les troisième et quatrième contacts d'arc soient eux mêmes connectés l'un à l'autre.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le bloc semi-mobile comporte une extrémité de forme conique qui vient s'emboíter dans la buse de soufflage en forme de tulipe lors de l'opération de fermeture du disjoncteur. De la sorte, on supprime les effets du choc entre la buse et le bloc semi-mobile lorsqu'ils entrent en contact l'un avec l'autre et on obtient une vitesse de déplacement du bloc semi-mobile identique à celle des premiers contacts mobiles à la fermeture du disjoncteur.
Le bloc semi-mobile a une forme tubulaire et comporte un ressort qui est comprimé à la fermeture du disjoncteur et une chambre qui se remplit de gaz pendant cette opération de fermeture de sorte qu'à l'ouverture du disjoncteur, le ressort en se détendant déplace automatiquement le bloc semi-mobile dans le sens de déplacement des premiers contacts d'arc et permanent pour séparer les troisième et quatrième contacts d'arc. Toutefois, le déplacement de ce bloc semi-mobile à l'ouverture du disjoncteur est retardé et ralenti par rapport au déplacement des premiers contacts d'arc et permanent car la détente du ressort s'accompagne d'une nécessaire évacuation de gaz de la chambre par des ouvertures calibrées.
Un exemple de réalisation du disjoncteur selon l'invention est décrit ci-après plus en détails et illustrés sur les dessins.
La figure 1 montre de façon très schématique un disjoncteur selon l'invention en position d'ouverture complète.
La figure 2 montre de façon très schématique le disjoncteur de la figure 1 dans une première position intermédiaire de fermeture.
La figure 3 montre de façon très schématique le disjoncteur de la figure 1 dans une seconde position intermédiaire de fermeture.
La figure 4 montre de façon très schématique le disjoncteur de la figure 1 dans une position de fermeture complète.
La figure 5 montre de façon très schématique le disjoncteur de la figure 1 dans une première position intermédiaire d'ouverture.
La figure 6 montre de façon très schématique le disjoncteur de la figure 1 dans une seconde position intermédiaire d'ouverture.
Le disjoncteur représenté partiellement sur les figures comprend une enveloppe isolante 1 de forme cylindrique, par exemple en porcelaine, qui délimite un volume intérieur 2 destiné à être rempli d'un gaz diélectrique comme du SF6 sous une pression de quelques bars.
Ce disjoncteur est un disjoncteur à simple mouvement, c'est-à-dire avec un seul équipage mobile de contacts d'arc et permanent, et comprend un système d'insertion d'une résistance de fermeture dont l'agencement permet de contrôler de façon simple la durée de l'insertion de la résistance à la fermeture du disjoncteur, cette résistance ne devant pas être insérée à l'ouverture du disjoncteur.
La résistance de fermeture 4 est constituée d'un empilement de résistances logées dans un support isolant 5 placé à l'intérieur de l'enveloppe à une extrémité de celle-ci. La résistance de fermeture 4 est en contact électrique avec un bloc métallique 6 sur lequel est fixée une tige métallique 7 qui s'étend axialement dans l'enveloppe. Dans la réalisation montrée sur les figures, la résistance de fermeture 4 s'étend axialement dans l'enveloppe mais on pourrait prévoir aussi une disposition excentrée de cette résistance dans l'enveloppe sans sortir du cadre de l'invention.
Le contact d'arc fixe 8 est disposé à l'extrémité libre de la tige 7. Le contact permanent fixe 9 est disposé à une extrémité d'un tube métallique 9A disposé coaxialement autour de la tige 7. Un cône isolant 10 est prévu de façon facultative pour maintenir la tige 7 à l'intérieur du tube 9A. Ces deux contacts 8 et 9 coopèrent avec des contacts d'arc 11 et permanent 12 faisant partie d'un équipage mobile suivant l'axe 3 et portant une buse de soufflage 13 en forme de tulipe.
Le système d'insertion de la résistance de fermeture 4 comprend un bloc métallique semi-mobile 14 de forme tubulaire qui est monté pour pouvoir coulisser sur la tige 7, c'est-à-dire suivant l'axe 3. Ce bloc semi-mobile 14 est relié électriquement à la tige 7 par des contacts coulissants 17. Il porte un contact d'arc 15 appelé par la suite premier contact de commutation en forme de tulipe qui est destiné à coopérer avec un autre contact d'arc 16 en forme d'anneau (appelé par la suite second contact de commutation) disposé à l'intérieur du tube cylindrique 9A et relié électriquement à celui-ci.
On remarquera que l'agencement du système d'insertion de la résistance est essentiellement disposé de façon axiale dans l'enveloppe qui peut donc avoir un diamètre relativement réduit.
Comme visible sur les figures, le bloc semi-mobile 14 a une extrémité, qui fait face à la buse de soufflage 13, en forme de cône adaptée pour venir s'emboíter dans la buse. L'autre face d'extrémité (face de gauche sur les figures) du bloc semi-mobile 14 se referme en arrière d'un piston de compression 18 qui est constitué par une couronne solidaire de la tige 7.
Un ressort 20 est monté entre le piston 18 et un épaulement situé en arrière de l'extrémité conique du bloc semi-mobile. L'espace défini entre ce piston et cette autre face d'extrémité constitue une chambre 19 à volume variable. La chambre 19 dans le bloc semi-mobile communique avec le volume intérieur du tube 9A par des ouvertures 21.
Le fonctionnement du système d'insertion de la résistance de fermeture du disjoncteur est le suivant.
Figure 1, le disjoncteur est en position complètement ouverte. Les contacts fixes 8 et 9 sont séparés des contacts mobiles 11 et 12. Le contact 15 est séparé du contact 16. Le ressort 20 dans le bloc semi-mobile est complètement détendu et l'espace entre le piston 18 et la face de gauche du bloc semi-mobile est minimum.
Comme visible sur cette figure, les contacts d'arc 8 et 11 sont moins éloignés par construction l'un de l'autre que les contacts permanents 9 et 12 ce qui fait qu'à la fermeture du disjoncteur les contacts 8 et 11 se connectent mutuellement avant les contacts 9 et 12. Par ailleurs, les contacts de commutation 15 et 16 sont éloignés l'un de l'autre d'une distance telle que ces contacts se connectent mutuellement après la connexion des contacts d'arc mais avant la connexion des contacts permanents ce qui permet de contrôler, via le déplacement du bloc semi-mobile, la durée de l'insertion de la résistance 4 à la fermeture comme on le verra par la suite.
Figure 2, lors d'une manoeuvre de fermeture du disjoncteur, les contacts d'arc et permanent mobiles 11 et 12 sont rapprochés des contacts d'arc et permanent fixes 8 et 9. Il se crée d'abord un arc électrique 21 entre les contacts d'arcs 11 et 8. Le courant passe d'une prise de courant du disjoncteur (non représentée à droite sur la figure) vers le contact d'arc 11, puis vers le contact d'arc 8, puis dans la tige 7, puis dans le bloc métallique 6, puis dans la résistance de fermeture 4, puis dans l'extrémité non représentée du tube 9A et dans l'autre prise de courant non représentée (à gauche sur la figure). La résistance de fermeture est donc insérée.
Figure 3, les contacts d'arc et permanent mobiles 11 et 12 continuent à se rapprocher des contacts d'arc et permanent fixes 8 et 9. L'extrémité de la buse 13 solidaire de l'équipage mobile vient alors s'emboíter sur l'extrémité conique du bloc semi-mobile et pousse ce dernier suivant l'axe 3 ce qui fait que les contacts de commutation 15 et 16 se rapprochent aussi l'un de l'autre. On remarquera que par cet emboítement, on évite un choc entre la buse 13 et le bloc semi-mobile de sorte que les contacts de commutation se rapprochent l'un de l'autre à la même vitesse que les contacts d'arc 8 et 11 ou que les contacts permanents 9 et 12. Simultanément, le déplacement du bloc semi-mobile par rapport au piston fixe 18 entraíne une augmentation du volume de la chambre 19 et une déformation (ici en compression) du ressort 20. La chambre 19 se remplit de gaz qui passe par les ouvertures 21. A un certain moment comme illustré sur la figure 3, les contacts d'arc 8 et 11 sont connectés mutuellement alors que les contacts de commutation 15 et 16 sont juste assez proches l'un de l'autre pour qu'un arc électrique 22 puisse se créer entre eux sans qu'un arc électrique puisse se créer entre les contacts permanents 9 et 12. En effet, ces derniers sont à ce moment éloignés l'un de l'autre d'une distance plus grande que celle séparant les contacts de commutation. A ce moment, la résistance de fermeture 4 est court-circuitée puisque le courant passe entre les contacts d'arcs 11 et 8, dans la tige 7, dans les contacts coulissants 17, dans le bloc semi-mobile 14, dans le contact de commutation 15, dans le contact de commutation 16 et dans le tube 9A. On comprend donc que la durée d'insertion de la résistance 4 est réduite à la durée entre l'instant où se crée l'arc 21 entre les contacts d'arc et l'instant où se crée l'arc 22 entre les contacts de commutation. Par ailleurs, on voit qu'après l'insertion de la résistance, on ne commute pas directement le courant sur les contacts permanents.
Figure 4, la buse 13 continue à pousser le bloc semi-mobile 14 et avant d'arriver à la fin de la course des contacts mobiles 11 et 12, on obtient une connexion mutuelle des contacts de commutation 15 et 16 avant celle des contacts permanents 9 et 12. Le courant passe ensuite par les contacts permanents de sorte que le disjoncteur se trouve dans une position de fermeture complète. Le volume de la chambre de compression 19 est maintenant maximal et le ressort 20 est complètement comprimé.
Lors d'une opération d'ouverture, les contacts mobiles 11 et 12 se déplacent de la gauche vers la droite sur les figures. Les contacts permanents 9 et 12 se séparent d'abord l'un de l'autre, puis ensuite les contacts d'arc 8 et 11 mais les contacts de commutation 15 et 16 restent toujours connectés pendant un certain temps l'un à l'autre comme visible sur les figures 5 et 6 car le bloc semi-mobile se déplace plus lentement que les contacts mobiles. En fait, le bloc semi-mobile se déplace de la gauche vers la droite sur les figures par l'action du ressort 20 qui exerce une force de rappel en se détendant contre le piston 18. Toutefois, la détente du ressort 20 est retardée et ralentie par le fait qu'une force contraire de résistance s'oppose à la force de rappel exercée par le ressort, cette force contraire résultant de la nécessaire compression de gaz dans la chambre 19 dont le volume diminue à mesure que le bloc semi-mobile se déplace car les ouvertures d'échappement du gaz de cette chambre sont calibrées de façon adéquate. Ce calibrage est tel que les contacts de commutation 15 et 16 se séparent seulement l'un de l'autre après une séparation complète des contacts d'arc. De la sorte, le courant de court-circuit ne peut pas passer dans la résistance de fermeture 4 lors de l'ouverture du disjoncteur. C'est seulement quand l'arc électrique qui se crée entre les contacts d'arc est éteint par soufflage notamment que le bloc semi-mobile 14 finit sa course pour séparer les contacts de commutation 15 et 16 et retrouver sa position initiale illustrée sur la figure 1.

Claims (5)

  1. Un disjoncteur comprenant un premier contact permanent (9) et un premier contact d'arc (8) monté fixe dans une enveloppe (1), un second contact permanent (12) et un second contact d'arc (11) montés mobiles dans l'enveloppe suivant une certaine direction longitudinale (3) et destinés à coopérer avec les premiers contacts fixes ainsi qu'un système (14) d'insertion d'une résistance de fermeture (4), les seconds contacts mobiles faisant partie d'un équipage portant une buse de soufflage (13), le système d'insertion de la résistance de fermeture comprend un bloc semi-mobile (14) qui est disposé pour être déplacé, lors d'une opération de fermeture, par la buse de soufflage suivant ladite direction longitudinale, caractérisé en ce que le premier contact permanent est fixe et le bloc semi-mobile porte un troisième contact d'arc (15) destiné à coopérer avec un quatrième contact d'arc (16) fixe relié au contact permanent fixe, ce bloc semi-mobile par son déplacement, rapprochant les troisième et quatrième contacts d'arc (15,16) l'un de l'autre pour court-circuiter cette résistance de fermeture alors que lesdits premier et second contacts d'arc (8,11) sont connectés l'un à l'autre et que les contacts permanents (9,12) sont séparés l'un de l'autre, ces contacts permanents étant connectés l'un à l'autre seulement après que les troisième et quatrième contacts d'arc soient eux mêmes connectés l'un à l'autre.
  2. Le disjoncteur selon la revendication 1, dans lequel ledit bloc semi-mobile (14) comporte une extrémité de forme conique qui vient s'emboíter dans la buse de soufflage (13) en forme de tulipe lors de l'opération de fermeture du disjoncteur.
  3. Le disjoncteur selon la revendication 1, dans lequel le bloc semi-mobile à une forme tubulaire et comporte un ressort (20) qui est déformé à la fermeture du disjoncteur et une chambre (19) qui se remplit de gaz pendant cette opération de fermeture de telle sorte que lors de l'ouverture du disjoncteur, ce ressort exerce une force de rappel tendant à déplacer le bloc semi-mobile dans le sens de déplacement des premiers contacts mobiles, le déplacement du bloc semi-mobile étant retardé et ralenti par rapport à celui des premiers contacts mobiles du fait de la compression du gaz dans la chambre (19).
  4. Le disjoncteur selon la revendication 3, dans lequel la chambre comporte des ouvertures (21) calibrées pour qu'une résistance s'exerce, lors de l'ouverture du disjoncteur, contre la force de rappel du ressort.
  5. Le disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel ladite résistance de fermeture (4), ledit bloc semi-mobile (14) et lesdits contacts (8,9,11,12,15,16) sont disposés en alignement axial dans l'enveloppe (1).
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