EP1091378A1 - Self-blast circuit breaker with pressure relief valve and filling valve - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention est relative à un disjoncteur à autoexpansion logé dans une enveloppe isolante remplie de gaz isolant à rigidité diélectrique élevée, et renfermant :
- un premier sous-ensemble contact fixe comprenant un contact principal fixe et un contact d'arc fixe,
- un deuxième sous-ensemble contact mobile comportant un contact principal mobile, et un contact d'arc mobile associé à une buse de soufflage,
- une chambre d'expansion ayant un premier cylindre en communication avec la buse de soufflage par un canal de guidage de l'écoulement gazeux,
- une chambre de compression ayant un deuxième cylindre solidaire du sous-ensemble contact mobile pour le pistonnage du gaz au cours de la phase d'ouverture du disjoncteur,
- et un clapet susceptible d'être dans un état fermé ou un état ouvert en fonction de la pression différentielle du gaz entre la chambre d'expansion et la chambre de compression.
- a first fixed contact sub-assembly comprising a fixed main contact and a fixed arcing contact,
- a second movable contact sub-assembly comprising a movable main contact, and a movable arcing contact associated with a blowing nozzle,
- an expansion chamber having a first cylinder in communication with the blowing nozzle by a channel for guiding the gas flow,
- a compression chamber having a second cylinder secured to the movable contact sub-assembly for the pistoning of the gas during the opening phase of the circuit breaker,
- and a valve capable of being in a closed state or an open state as a function of the differential pressure of the gas between the expansion chamber and the compression chamber.
Un disjoncteur connu du genre mentionné est décrit dans le document DE 3915700. L'élément support du premier sous-ensemble contact fixe est formé par une douille cylindrique, ayant le même diamètre que le contact principal fixe à tulipe. La chambre de compression pour le pistonnage du gaz comprend un piston plein, sur lequel coulisse le cylindre mobile.A known circuit breaker of the kind mentioned is described in document DE 3915700. The support element of the first fixed contact sub-assembly is formed by a socket cylindrical, having the same diameter as the main tulip fixed contact. The compression chamber for the gas piston includes a full piston, on which slides the movable cylinder.
L'objet de l'invention consiste à réaliser un disjoncteur à autoexpansion ayant des performances de coupure élevées, et une répartition régulée de la pression du gaz de soufflage .The object of the invention is to provide a self-expanding circuit breaker having high shutdown performance, and regulated distribution of gas pressure blowing.
Le disjoncteur à autoexpansion est caractérisé en ce que la chambre de compression comporte un piston semi-fixe agencé à l'opposé du clapet pour l'admission du gaz dans la chambre de compression lors de la phase d'enclenchement, et une soupape servant de valve de sécurité lors de la phase de coupure, lorsque la pression à l'intérieur de la chambre de compression dépasse un seuil prédéterminé dans l'état fermé du clapet.The autoexpansion circuit breaker is characterized in that the compression comprises a semi-fixed piston arranged opposite the valve for the admission of gas into the compression chamber during the phase and a valve serving as a safety valve during the shutdown, when the pressure inside the compression chamber exceeds one predetermined threshold in the closed state of the valve.
Selon un mode de réalisation préférentiel, la soupape est logée dans un espace annulaire du piston, et est sollicitée en position de fermeture par un ressort de rappel. La soupape est montée à coulissement limité sur une douille fixe de forme tubulaire entourant coaxialement une tige d'actionnement du sous-ensemble contact mobile.According to a preferred embodiment, the valve is housed in a space annular piston, and is biased in the closed position by a spring reminder. The valve is mounted with limited sliding on a fixed shaped socket tubular coaxially surrounding an actuating rod of the contact sub-assembly mobile.
Selon une caractéristique de l'invention, la douille est équipée de premiers moyens de butée délimitant la course de déplacement de la soupape entre l'état fermé et l'état ouvert. Le déplacement du piston semi-fixe est limité par des deuxièmes moyens de butée ménagés sur la douille.According to a characteristic of the invention, the socket is equipped with first means stop delimiting the valve displacement travel between the closed state and open state. The displacement of the semi-fixed piston is limited by second stop means provided on the socket.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le piston semi-fixe comporte un segment d'entraínement par friction, destiné à assurer le déplacement relatif du piston par rapport à la soupape pour l'admission du gaz dans la chambre de compression lors du mouvement de fermeture du disjoncteur.According to another characteristic of the invention, the semi-fixed piston comprises a friction drive segment, intended to ensure the relative movement of the piston in relation to the valve for the admission of gas into the compression during the closing movement of the circuit breaker.
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 en coupe axiale du disjoncteur à autoexpansion selon l'invention, l'appareil étant en position de fermeture ;
- la figure 2 montre une vue partielle de la figure 1 illustrant le disjoncteur en position d'ouverture ;
- la figure 3 est une vue partielle à échelle agrandie de la figure 1 représentant la chambre de compression avec le clapet et la soupape dans l'état fermé ;
- la figure 4 est une vue identique de la figure 3 lorsque la soupape se trouve en position de régulation de surpression suite à la coupure de courants de fortes intensités ;
- la figure 5 est une vue identique de la figure 3 lors la soupape se trouve en position de remplissage à l'enclenchement du disjoncteur ;
- la figure 6 est une vue identique de la figure 2 lors d'une phase de coupure par pistonnage de courants de faibles intensités ;
- la figure 7 est une vue identique de la figure 2 lors d'une phase de coupure par expansion de courants de fortes intensités ;
- la figure 8 montre une demi-vue en coupe d'un disjoncteur selon une variante de réalisation.
- Figure 1 is an axial sectional view of the autoexpansion circuit breaker according to the invention, the device being in the closed position;
- Figure 2 shows a partial view of Figure 1 illustrating the circuit breaker in the open position;
- Figure 3 is a partial view on an enlarged scale of Figure 1 showing the compression chamber with the valve and the valve in the closed state;
- FIG. 4 is an identical view to FIG. 3 when the valve is in the overpressure regulation position following the interruption of high current currents;
- Figure 5 is an identical view to Figure 3 when the valve is in the filling position when the circuit breaker is engaged;
- FIG. 6 is an identical view to FIG. 2 during a phase of breaking by piston of low intensity currents;
- FIG. 7 is an identical view to FIG. 2 during a cut-off phase by expansion of high intensity currents;
- Figure 8 shows a half-sectional view of a circuit breaker according to an alternative embodiment.
En référence aux figures 1 et 2, un disjoncteur 10 à autoexpansion comporte une
enveloppe 12 isolante remplie de gaz isolant à rigidité diélectrique élevée,
notamment de l'hexafluorure de soufre SF6, un premier sous-ensemble de contact
fixe CF et un deuxième sous-ensemble de contact mobile CM. L'enveloppe 12
renferme une chambre de coupure 14 à buse 16 de soufflage de l'arc, un dispositif
de contacts principaux 18, 20 pour le passage du courant permanent, et un dispositif
de contacts d'arc 22, 24 pour délimiter l'intervalle de coupure 26 lors de l'ouverture
du disjoncteur 10.With reference to FIGS. 1 and 2, a
Le contact d'arc mobile 24 est conformé en contact à tulipe, assujetti à une tige 28
tubulaire, laquelle est reliée mécaniquement à un mécanisme de commande (non
représenté) autorisant le coulissement axial de l'équipage mobile constituant le
deuxième sous-ensemble contact mobile CM. L'enveloppe 12 est portée par une
embase 30 fixe traversée par la tige 28, et servant de support pour l'ensemble du
pôle. Le contact d'arc mobile 24 est séparé de la chambre d'expansion 32 par une
paroi 34 annulaire isolante, laquelle est entourée coaxialement par la buse 16 de
soufflage en formant un canal 36 en communication avec l'intervalle de coupure 26
suite à la séparation des contacts d'arc 22, 24.The
La chambre d'expansion 32 est délimitée à la partie inférieure par un fond 38 lequel
est doté d'un clapet 40 pour la communication avec une chambre de compression 42
pour le pistonnage du gaz de soufflage. Le clapet 40 est piloté par la pression
relative du gaz contenu dans la chambre d'expansion 32, et la chambre de
compression 42.The
Le contact principal mobile 20 est formé par une bague cylindrique conductrice, fixée
à la base de la buse 16 pour confiner la chambre d'expansion 32 avec un premier
cylindre 44.The movable
Le contact principal fixe 18 est constitué par un contact à tulipe entourant
coaxialement le contact d'arc fixe 22. En position d'enclenchement du disjoncteur , le
contact principal mobile 20 est en engagement avec le contact principal fixe 18, et
permet le passage du courant permanent. Le premier sous-ensemble de contact fixe
CF est porté par un élément de support 46 en aluminium.The fixed
Le fonctionnement d'un tel disjoncteur 10 à l'ouverture des contacts d'arc 22, 24 est
classique, et dépend de l'intensité du court circuit dans l'intervalle de coupure 26.The operation of such a
Pour les courants forts, le clapet 40 est dans l'état fermé, car la pression du gaz
dans la chambre d'expansion 32 due à l'échauffement de l'arc, est supérieure à la
pression du gaz dans la chambre de compression 42. Au passage à zéro du
courant, le gaz stocké dans la chambre d'expansion 32, est envoyé vers l'intervalle
de coupure 26 pour le soufflage de l'arc. For strong currents, the
Pour les courants faibles, le clapet 40 est dans l'état ouvert car l'expansion du gaz
dû à l'échauffement par l'arc, est insuffisante. La pression du gaz dans la chambre
d'expansion 32 est inférieure à la pression du gaz comprimé dans la chambre de
compression 42 par pistonnage. Le gaz froid comprimé est alors poussé vers la
chambre d'expansion 32 à travers le clapet 40, et se mélange ensuite avec le gaz
chaud stocké dans la chambre d'expansion 32. Le mélange est envoyé vers
l'intervalle de coupure 26 pour le soufflage de l'arc au passage à zéro du courant .For low currents, the
Selon l'invention et en référence aux figures 3 à 5, le fond 38 de la chambre
d'expansion 32 est solidarisé à la tige 28 mobile et au premier cylindre 44, et
comporte un trou 50 au niveau du siège du clapet 40. Un déflecteur 52 est agencé
dans la chambre d'expansion 32, en étant assujetti au fond 38 par une vis 54. Dans
l'état fermé, le clapet 40 prend appui sur le siège du fond 38 en obturant le trou 50.
Le déflecteur 52 possède une protubérance radiale servant de butée de fin de
course au clapet 40 lorsque ce dernier est sollicité dans l'état ouvert. La présence de
la protubérance radiale constitue d'autre part une chicane de protection de clapet 40.According to the invention and with reference to Figures 3 to 5, the
La chambre de compression 42 est confinée par un deuxième cylindre 56 fixé au
fond 38 et à l'extrémité du premier cylindre 44 en entourant la tige 28 tubulaire. Le
deuxième cylindre 56 en matériau conducteur, fait partie du sous-ensemble contact
mobile CM, et coopère avec un contact glissant 58 pour le passage du courant. Le
deuxième cylindre 56 coulisse à étanchéité sur un piston 60 semi-fixe, lequel est
disposé coaxialement à l'opposé du fond 38, en coopérant avec une soupape 62
sollicitée en position de fermeture par un ressort 64 (figure 3). Dans cette position, la
soupape 62 obture l'espace annulaire du piston 60, et empêche la communication
de la chambre de compression 42 avec le volume interne de l'enveloppe 12.The
La soupape 62 peut coulisser axialement le long d'une douille 65 fixe vers une
position d'ouverture ( figure 4) dès que la pression à l'intérieur de la chambre de
compression 42 atteint un seuil prédéterminé dans l'état fermé du clapet 40. La
douille 65 est équipée de premiers moyens de butée 70 délimitant la course de
déplacement de la soupape (62) entre l'état fermé et l'état ouvert. La douille 65 est
pourvue de deuxièmes moyens de butée 72 pour délimiter les deux positions
extrêmes du piston 60 semi-fixe.The
Le piston 60 semi-fixe est doté d'un segment de guidage 66 et d'un segment 68
d'entraínement ayant tous les deux des formes annulaires correspondant au
diamètre interne du deuxième cylindre 56. Lors de l'enclenchement du disjoncteur
10, le déplacement de la tige 28 dans le sens de la fermeture (flèche F1, figure 5)
provoque simultanément l'entraínement du piston 60 par l'effet de friction du cylindre
56 sur le segment 68, et par la différence de pression entre la chambre de
compression 42 et le volume interne de l'enceinte 12 pour autoriser l'admission de
gaz SF6 dans la chambre de compression 42. Le segment de guidage 66 est
agencé entre le segment 68 et la chambre de compression 42.
Le segment d'entraínement 68 et/ou le segment de guidage 66 assurent également
le cas échéant une fonction d'étanchéité partielle.The
Sur la figure 6 illustrant la séparation des contacts d'arc 22, 24 dans le cas de
courants de faibles intensités, la soupape 62 de la chambre de compression 42 se
trouve en position de fermeture, et le clapet 40 est déplacé dans l'état ouvert par la
pression différentielle. L'écoulement gazeux pour l'extinction de l'arc dans l'intervalle
de coupure 26 provient en majorité du pistonnage du gaz dans la chambre de
compression 42.In FIG. 6 illustrating the separation of the arcing
La figure 7 montre la coupure de courants élevés, avec le remplissage de la
chambre d'expansion 32 par des gaz chauds suite à l'échauffement de l'arc. Le
clapet 40 est fermé, ainsi que la soupape 62. La pression dans la chambre de
compression 42 est régulée au cours de la course d'ouverture au moyen de la
soupape 62, qui s'ouvre dès que le seuil autorisé est dépassé ( figure 4).Figure 7 shows the cut of high currents, with the filling of the
Après l'extinction de l'arc, le disjoncteur 10 peut être actionné par le mécanisme de
commande vers la position d'enclenchement. Le déplacement relatif du piston 60 par
rapport à la soupape 62 pour l'admission de gaz dans la chambre de compression
42, est dérivé du mouvement de fermeture de la tige 28, qui entraíne le sous-ensemble
contact mobile CM, le deuxième cylindre 56, et le segment 68.After the arc has been extinguished, the
Dans la variante de réalisation de la figure 8, le piston 60 est flottant à l'intérieur du
deuxième cylindre 56, et la soupape 62 est formée par un simple clapet sollicité en
position de fermeture par un ou plusieurs ressorts 64 de compression. Un segment
unique assure l'entraínement par friction et une étanchéité partielle.In the variant embodiment of FIG. 8, the
Dans les modes de réalisation précédents, le disjoncteur était logé dans une enveloppe isolante destinée à assurer la tenue diélectrique à l'air libre. Alternativement le même disjoncteur peut être logé dans une enveloppe elle-même contenue dans une enceinte remplie d'un gaz de rigidité diélectrique élevée, pour une installation blindée.In the previous embodiments, the circuit breaker was housed in a insulating jacket intended to ensure the dielectric behavior in the open air. Alternatively the same circuit breaker can be housed in an enclosure itself contained in an enclosure filled with a gas of high dielectric strength, for an armored installation.
Claims (8)
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