EP1158556A1 - Buse isolante de soufflage pour disjoncteur - Google Patents

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EP1158556A1
EP1158556A1 EP01400987A EP01400987A EP1158556A1 EP 1158556 A1 EP1158556 A1 EP 1158556A1 EP 01400987 A EP01400987 A EP 01400987A EP 01400987 A EP01400987 A EP 01400987A EP 1158556 A1 EP1158556 A1 EP 1158556A1
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EP
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conical part
neck
circuit breaker
conical
contacts
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Withdrawn
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EP01400987A
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German (de)
English (en)
Inventor
Denis Dufournet
Michel Perret
Wolfgang Grieshaber
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Alstom SA
Original Assignee
Alstom SA
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/7015Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts
    • H01H33/7023Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts characterised by an insulating tubular gas flow enhancing nozzle
    • H01H33/703Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts characterised by an insulating tubular gas flow enhancing nozzle having special gas flow directing elements, e.g. grooves, extensions

Definitions

  • the present invention relates to an insulating blowing nozzle for circuit breaker.
  • the invention applies in particular to high circuit breakers voltage, equal to or greater than 300 kV, and comprising only one pole break.
  • the nozzle must allow cutting throughout the window required interruption and for currents up to the power value short circuit break.
  • European patent EP 0 028 039 describes a gas circuit breaker tablet comprising an insulating blowing nozzle with an internal profile includes a cylindrical part followed by a conical part, then again of a cylindrical part.
  • the present invention provides an insulating nozzle ensuring in the downstream part of the insulating nozzle better gas flow and a field improved temperature, allowing the circuit breaker to hold a voltage higher after the power failure.
  • the subject of the invention is therefore an insulating blowing nozzle for circuit breaker, the circuit breaker comprising a first arcing contact and a second arcing contact separating from each other when opening of the circuit breaker and after a prior separation of contacts permanent, said insulating blowing nozzle being integral with one of the permanent contacts and having the general shape of a cone comprising a neck and delimiting a volume of revolution comprising an upstream part and a downstream part separated by the neck where the internal volume is cylindrical and blocked by the second arcing contact when the circuit breaker is closed and for a few milliseconds after the separation of the arcing contacts, the wall of the nozzle, in its part delimiting the upstream part of said volume of revolution, surrounding said first arcing contact, the downstream part of said volume comprising a first conical part, characterized in that said first conical part is followed by a second conical part having a angle more open than that of said first conical part.
  • the angle of the first conical part is between 8 and 17 ° and preferably between 10 and 12 °
  • the angle of the second part conical is between 12 and 25 ° and preferably between 14 and 17 °.
  • the length of said neck as well as the length of the first conical part and the length of the second conical part are dimensioned in such a way that the end of the second arcing contact is inside the first part conical during an arc duration between a minimum arc duration and an average arc duration and inside the second conical part during of an arc duration between the average arc duration and a duration maximum arc.
  • the first conical part starting after said cylindrical portion starts with an internal diameter greater than the internal diameter of the cylindrical portion thereby forming a abrupt withdrawal at the outlet of the cylindrical portion.
  • the cut will be definitive at the next passage by 0 of the current, that is to say - say at point t 3 , but if the separation of the contacts takes place less than 9 ms before the next passage by 0 of the current (for example, at time t 1 , 8 ms before the passage by 0 of the current), the arc will reboot after t ' 1 and the cut will not be final until t 3 .
  • the arc duration can therefore vary from 9 ms to 18 ms, and even up to 19 ms- ⁇ if the separation takes place immediately after t 0 located at 9 ms before t ' 1 .
  • FIG. 2 we partially see a circuit breaker and more particularly the contact parts and the insulating nozzle of the invention.
  • first arcing contact 1 called moving arcing contact
  • first permanent contacts 2 called contacts permanent mobiles
  • second contact arcing 3 said fixed arcing contact
  • second permanent contacts 4 called permanent fixed contacts
  • blowing nozzle 5 is linked to the permanent mobile contacts 2.
  • Contacts 2 and 4 are said to be permanent because it is through them that passes mainly the current when the circuit breaker is in the closed position as shown in fig. 2. When the circuit breaker opens, these contacts permanent 2 and 4 separate first before contact separation arcs 1 and 3 between which an arc forms at the time of their separation and until the final cut.
  • contacts 1 and 2 are also said to be mobile and contacts 3 and 4 are said to be fixed because, at the time of opening, only contacts 1 and 2 move, to the right of the figure.
  • the nozzle, object of the invention can also be applied to so-called circuit breakers double movement of contacts.
  • the insulating blowing nozzle 5 has, as can be seen, the shape general of a horn delimiting a volume of revolution.
  • Nozzle 5 has a neck 6 which separates the volume of revolution into an upstream part 7 and a downstream part 8.
  • the internal volume is cylindrical and, in closed position of the circuit breaker, as shown in fig. 2, it is blocked by the fixed arcing contact 3 as well as for a few milliseconds after the separation of contacts 1 and 3.
  • the downstream part 8 of the internal volume delimited by the nozzle 5 comprises a first conical part 8a, immediately succeeding the neck 6, having a angle between 8 and 17 ° and preferably between 10 and 12 °.
  • This last part 8a is followed by a second part 8b also conical and whose the angle is between 12 and 25 ° and preferably between 14 and 17 °.
  • the length of the different parts: col 6 as well as the first part conical 8a and the second conical part 8b, are calculated, taking into account the separation speed of the contacts, so that the end of the second arcing contact 3 is located inside the first conical part 8a, as shown in fig. 3 in the period of time between the duration minimum arc and the average arc duration after contact separation, that is to say roughly in the time period between 9 ms and 13.5 at 14 ms after contact separation for a 50 Hz network, depending on the diagram in fig. 1, and so that this same end of the second contact arc 3 is located inside the second conical part 8b, as shown in fig. 4, in the period of time between the average duration of arc and the maximum arc duration after the separation of the contacts and therefore approximately in the period of time after contact separation included between 13.5 ms and 18 to 19 ms.
  • the cylindrical part, at the neck 6, is blocked by the contact 3 during a few milliseconds after the separation of the contacts, we thus transmit the energy of the arc at the blowing volume without the gas being able to escape through the nozzle, a pressure rise is therefore obtained.
  • the first conical part 8a makes it possible to maintain a sufficient overpressure while maintaining a gas temperature acceptable and avoiding turbulence
  • the second conical part 8b more open, avoids too high pressure at the nozzle outlet, thus avoiding breakdown of the dielectric from insufficient gas evacuation hot in the divergent part of the nozzle.
  • Fig. 5 shows a nozzle in isolation and in a variant of the invention.
  • the first conical part 8a which begins immediately after neck 6, begins with an internal diameter greater than that of the neck 6. There is therefore a sudden drop 10 at the exit of the neck 6. This allows an intense blowing as soon as it comes out of contact 3 of the neck 6 of the nozzle and thus allows a shorter possible arc duration.

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  • Circuit Breakers (AREA)

Abstract

Buse isolante de soufflage (5) pour disjoncteur, le disjoncteur comprenant un premier contact d'arc (1) et un deuxième contact d'arc (3) se séparant l'un de l'autre au moment de l'ouverture du disjoncteur et postérieurement à une séparation préalable de contacts permanents (2, 4), ladite buse isolante de soufflage (5) étant solidaire de l'un (2) des contacts permanents et ayant la forme générale d'un cornet comportant un col (6) et délimitant un volume de révolution comprenant une partie amont (7) et une partie avale (8) séparées par le col (6) où le volume interne est cylindrique et bouché par le deuxième contact d'arc (3) lorsque le disjoncteur est fermé et pendant quelques millisecondes après la séparation des contacts d'arc, la paroi de la buse, dans sa partie (9) délimitant la partie amont (7) dudit volume de révolution, entourant ledit premier contact d'arc (1), la partie avale (8) dudit volume comprenant une première partie conique (8a), caractérisée en ce que ladite première partie conique (8a) est suivie d'une deuxième partie conique (8b) ayant un angle plus ouvert que celui de ladite première partie conique.

Description

La présente invention concerne une buse isolante de soufflage pour disjoncteur. L'invention s'applique en particulier aux disjoncteurs à haute tension, égale ou supérieure à 300 kV, et ne comportant qu'une chambre de coupure par pôle.
La buse doit permettre la coupure dans toute l'étendue de la fenêtre exigée d'interruption et pour des courants allant jusqu'à la valeur du pouvoir de coupure en court-circuit.
Le problème se pose à cause de la haute valeur de la tension transitoire de rétablissement que l'on rencontre dans de tels disjoncteurs à très haute tension et à une seule coupure par pôle.
De nombreuses formes de buses isolantes de soufflage sont connues mais ne conviennent pas pour de telles applications.
Pour que les gaz recouvrent leur pouvoir diélectrique, on doit avoir un champ de température des gaz inférieur à une valeur critique d'environ 2000°C et avoir en outre une densité suffisante de gaz de soufflage.
Le brevet européen EP 0 028 039 décrit un disjoncteur à gaz comprimé comprenant une buse isolante de soufflage dont le profil interne comprend une partie cylindrique suivie d'une partie conique, puis de nouveau d'une partie cylindrique.
L'expérience montre qu'une telle forme de buse n'est pas optimale car la température des gaz est trop élevée dans la partie avale de la buse et des turbulences nuisent au maintien du diélectrique après la coupure.
La présente invention propose une buse isolante assurant dans la partie avale de la buse isolante un meilleur écoulement des gaz et un champ de température amélioré, permettant ainsi au disjoncteur de tenir une tension plus élevée après la coupure de courant.
L'invention a ainsi pour objet une buse isolante de soufflage pour disjoncteur, le disjoncteur comprenant un premier contact d'arc et un deuxième contact d'arc se séparant l'un de l'autre au moment de l'ouverture du disjoncteur et postérieurement à une séparation préalable de contacts permanents, ladite buse isolante de soufflage étant solidaire de l'un des contacts permanents et ayant la forme générale d'un cornet comportant un col et délimitant un volume de révolution comprenant une partie amont et une partie avale séparées par le col où le volume interne est cylindrique et bouché par le deuxième contact d'arc lorsque le disjoncteur est fermé et pendant quelques millisecondes après la séparation des contacts d'arc, la paroi de la buse, dans sa partie délimitant la partie amont dudit volume de révolution, entourant ledit premier contact d'arc, la partie avale dudit volume comprenant une première partie conique, caractérisée en ce que ladite première partie conique est suivie d'une deuxième partie conique ayant un angle plus ouvert que celui de ladite première partie conique.
En pratique, l'angle de la première partie conique est compris entre 8 et 17° et de préférence entre 10 et 12°, et l'angle de la deuxième partie conique est compris entre 12 et 25° et de préférence entre 14 et 17°.
Selon une autre caractéristique et compte tenu de la vitesse de séparation des contacts d'arc, la longueur dudit col ainsi que la longueur de la première partie conique et la longueur de la deuxième partie conique sont dimensionnées de telle façon que l'extrémité du deuxième contact d'arc se trouve à l'intérieur de la première partie conique lors d'une durée d'arc comprise entre une durée minimale d'arc et une durée moyenne d'arc et à l'intérieur de la deuxième partie conique lors d'une durée d'arc comprise entre la durée moyenne d'arc et une durée maximale d'arc.
Selon une autre caractéristique, la première partie conique commençant après ladite portion cylindrique démarre par un diamètre interne supérieur au diamètre interne de la portion cylindrique en formant ainsi un brusque décrochement à la sortie de la portion cylindrique.
Ceci permet d'avoir un soufflage intense dès que le deuxième contact d'arc sort de cette portion cylindrique, appelée col de buse, et d'avoir une durée d'arc possible plus courte.
On va maintenant donner la description d'un exemple de réalisation de l'invention en se reportant au dessin annexé, dans lequel :
  • la fig. 1 est un schéma représentant une onde de courant dans le cas d'un réseau électrique à 50 Hz sur laquelle a été indiquée la fenêtre de coupure correspondant à la durée d'arc possible entre la séparation des contacts et l'extinction, cette durée étant variable selon le moment de cette séparation dans l'onde de courant ;
  • les fig. 2, 3 et 4 montrent la buse selon l'invention représentée dans une vue partielle d'un disjoncteur à haute tension montrant les pièces de contact et respectivement dans la position fermée du disjoncteur, et dans deux positions intermédiaires d'ouverture ;
  • la fig. 5 montre isolément une buse isolante selon l'invention dans une variante de réalisation.
En se reportant à la fig. 1, on voit une onde de courant avec les indications des durées minimales d'arc : Dmin = 9 ms, et maximale : Dmax = 18 ms (pour un réseau à 50 Hz), selon l'instant de la séparation des contacts d'arc d'un disjoncteur, dans l'onde de courant.
Ainsi, si la séparation des contacts a lieu au temps t2, c'est-à-dire au moins 9 ms avant le passage par 0 du courant, la coupure sera définitive au prochain passage par 0 du courant, c'est-à-dire au point t3, mais si la séparation des contacts a lieu moins de 9 ms avant le prochain passage par 0 du courant (par exemple, au temps t1, 8 ms avant le passage par 0 du courant), l'arc se réamorcera après t'1 et la coupure ne sera définitive qu'en t3. La durée d'arc peut donc varier de 9 ms à 18 ms, et même jusqu'à 19 ms-ε si la séparation a lieu immédiatement après t0 situé à 9 ms avant t'1.
En se référant maintenant à la fig. 2, on voit partiellement un disjoncteur et plus particulièrement les pièces de contact et la buse isolante de soufflage de l'invention.
On voit ainsi un premier contact d'arc 1, dit contact d'arc mobile, solidairement lié à des premiers contacts permanents 2, dits contacts permanents mobiles. Par ailleurs, on voit également un deuxième contact d'arc 3, dit contact d'arc fixe, et des seconds contacts permanents 4, dits contacts permanents fixes. Enfin, une buse de soufflage 5 est liée aux contacts permanents mobiles 2.
Les contacts 2 et 4 sont dits permanents car c'est par eux que passe principalement le courant lorsque le disjoncteur est en position fermée comme représenté fig. 2. Lors de l'ouverture du disjoncteur, ces contacts permanents 2 et 4 se séparent les premiers avant la séparation des contacts d'arc 1 et 3 entre lesquels se forme un arc au moment de leur séparation et jusqu'à la coupure définitive.
Dans l'exemple représenté, les contacts 1 et 2 sont par ailleurs dits mobiles et les contacts 3 et 4 sont dits fixes car, au moment de l'ouverture, seuls les contacts 1 et 2 se déplacent, vers la droite de la figure. Cependant la buse, objet de l'invention, peut aussi s'appliquer aux disjoncteurs dits à double mouvement de contacts.
La buse isolante de soufflage 5, a, comme on le voit, la forme générale d'un cornet délimitant un volume de révolution. La buse 5 présente un col 6 qui sépare le volume de révolution en une partie amont 7 et une partie avale 8. A l'endroit du col 6, le volume interne est cylindrique et, en position fermée du disjoncteur, comme représenté fig. 2, il est bouché par le contact d'arc fixe 3 ainsi que pendant quelques millisecondes après la séparation des contacts 1 et 3.
La paroi de la buse 5, dans sa partie 9 délimitant la partie amont 7 du volume interne, entoure le premier contact d'arc 1, ou contact d'arc mobile.
La partie avale 8 du volume interne délimité par la buse 5 comprend une première partie conique 8a, succédant immédiatement au col 6, ayant un angle compris entre 8 et 17° et de préférence entre 10 et 12°. Cette dernière partie 8a est suivie d'une deuxième partie 8b également conique et dont l'angle est compris entre 12 et 25° et de préférence entre 14 et 17°.
La longueur des différentes parties : col 6 ainsi que la première partie conique 8a et la deuxième partie conique 8b, sont calculées, compte tenu de la vitesse de séparation des contacts, pour que l'extrémité du deuxième contact d'arc 3 se trouve à l'intérieur de la première partie conique 8a, comme représenté fig. 3 dans la période de temps comprise entre la durée minimale d'arc et la durée moyenne d'arc après la séparation des contacts, c'est-à-dire à peu près dans la période de temps comprise entre 9 ms et 13,5 à 14 ms après la séparation des contacts pour un réseau à 50 Hz, selon le schéma de la fig. 1, et pour que cette même extrémité du deuxième contact d'arc 3 se trouve à l'intérieur de la deuxième partie conique 8b, comme représenté fig. 4, dans la période de temps comprise entre la durée moyenne d'arc et la durée maximale d'arc après la séparation des contacts et donc environ dans la période de temps après la séparation des contacts comprise entre 13,5 ms et 18 à 19 ms.
Ainsi, on obtient grâce à une telle buse, dans la partie avale de la buse, une température de gaz acceptable et un champ de pression suffisamment élevé de façon à refroidir suffisamment les contacts et évacuer les calories.
La partie cylindrique, au col 6, est bouchée par le contact 3 pendant quelques millisecondes après la séparation des contacts, on transmet ainsi l'énergie de l'arc au volume de soufflage sans que le gaz ne puisse s'échapper par la buse, on obtient donc une montée en pression.
Ensuite, la première partie conique 8a permet de conserver une surpression suffisante tout en maintenant une température des gaz acceptables et en évitant les turbulences, et la deuxième partie conique 8b, plus ouverte, évite une pression trop élevée en sortie de buse, évitant ainsi le claquage du diélectrique provenant d'une insuffisante évacuation des gaz chauds dans la partie divergente de la buse.
Le fig. 5 montre une buse isolément et dans une variante de l'invention. Dans cette variante, la première partie conique 8a, qui commence immédiatement après le col 6, débute par un diamètre interne supérieur à celui du col 6. On a donc un brusque décrochement 10 à la sortie du col 6. Ceci permet d'avoir un soufflage intense dès la sortie du contact 3 du col 6 de la buse et permet ainsi une durée d'arc possible plus courte.

Claims (6)

  1. Buse isolante de soufflage (5) pour disjoncteur, le disjoncteur comprenant un premier contact d'arc (1) et un deuxième contact d'arc (3) se séparant l'un de l'autre au moment de l'ouverture du disjoncteur et postérieurement à une séparation préalable de contacts permanents (2, 4), ladite buse isolante de soufflage (5) étant solidaire de l'un (2) des contacts permanents et ayant la forme générale d'un cornet comportant un col (6) et délimitant un volume de révolution comprenant une partie amont (7) et une partie avale (8) séparées par le col (6) où le volume interne est cylindrique et bouché par le deuxième contact d'arc (3) lorsque le disjoncteur est fermé et pendant quelques millisecondes après la séparation des contacts d'arc, la paroi de la buse, dans sa partie (9) délimitant la partie amont (7) dudit volume de révolution, entourant ledit premier contact d'arc (1), la partie avale (8) dudit volume comprenant une première partie conique (8a), caractérisée en ce que ladite première partie conique (8a) est suivie d'une deuxième partie conique (8b) ayant un angle plus ouvert que celui de ladite première partie conique.
  2. Buse isolante selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'angle de ladite première partie conique (8a) est compris entre 8 et 17°, et en ce que l'angle de ladite deuxième partie conique (8b) est compris entre 12 et 25°.
  3. Buse isolante selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'angle de la première partie conique (8a) est compris entre 10 et 12°.
  4. Buse isolante selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que l'angle de ladite deuxième partie conique (8b) est compris entre 14 et 17°.
  5. Buse isolante selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que, compte tenu de la vitesse de séparation des contacts d'arc (1, 3), la longueur dudit col (6) ainsi que la longueur de la première partie conique (8a) et la longueur de la deuxième partie conique (8b) sont dimensionnées de telle façon que l'extrémité du deuxième contact d'arc (3) se trouve à l'intérieur de la première partie conique (8a) lors d'une durée d'arc comprise entre une durée minimale d'arc et une durée moyenne d'arc et à l'intérieur de la deuxième partie conique (8b) lors d'une durée d'arc comprise entre la durée moyenne d'arc et une durée maximale d'arc.
  6. Buse isolante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite première partie conique (8a) commençant après ledit col (6) démarre par un diamètre interne supérieur au diamètre interne dudit col (6) en formant ainsi un brusque décrochement (10) à la sortie de la portion cylindrique interne au col (6).
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