EP2545573B1 - Disjoncteur hybride utilisant un interrupteur avec retour sur fermeture - Google Patents

Disjoncteur hybride utilisant un interrupteur avec retour sur fermeture Download PDF

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EP2545573B1
EP2545573B1 EP11706837.9A EP11706837A EP2545573B1 EP 2545573 B1 EP2545573 B1 EP 2545573B1 EP 11706837 A EP11706837 A EP 11706837A EP 2545573 B1 EP2545573 B1 EP 2545573B1
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control
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General Electric Technology GmbH
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Alstom Technology AG
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    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/666—Operating arrangements
    • H01H33/6661—Combination with other type of switch, e.g. for load break switches
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H31/003—Earthing switches
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/12—Auxiliary contacts on to which the arc is transferred from the main contacts
    • H01H33/121—Load break switches
    • H01H33/125—Load break switches comprising a separate circuit breaker
    • H01H33/126—Load break switches comprising a separate circuit breaker being operated by the distal end of a sectionalising contact arm

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  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • L'invention concerne le domaine des disjoncteurs hybrides haute et moyenne tensions utilisant une chambre de coupure et une ampoule à vide dont les contacts mobiles sont actionnés par une commande unique. Elle concerne en particulier une commande mécanique qui permet une ouverture simultanée de la chambre de coupure et de l'ampoule à vide suivie d'une fermeture de l'ampoule à vide anticipée par rapport à la remise en service de la chambre de coupure.
    • ART ANTÉRIEUR ET PROBLEMES POSES
  • Dans ce type de disjoncteurs hybrides, un seul agencement mécanique commande les mouvements des contacts mobiles de chacun des interrupteurs qui suivent leur propre profil de déplacement dans le temps. Ceci permet, entre autre, à l'ampoule à vide d'être protégée lors de l'ouverture de la chambre de coupure.
  • En référence à la figure 1, on connaît par le document de brevet EP 1 653 491 A2 un tel disjoncteur hybride possèdant une chambre de coupure 10 définissant un axe longitudinal A, A' et, placés perpendiculairement, une ampoule à vide 20 commandée par le même mécanisme mécanique. La commande de l'ensemble se fait par des éléments mécaniques, dont la plupart ne sont pas représentés, fonctionnant selon l'axe longitudinal A, A' de la chambre de coupure 10. Dans une des réalisations de ces éléments mécaniques de commande, se trouve une plaque coulissante 154 qui agit sur un galet 155 monté tournant au bout d'une tige 152, solidaire elle-même d'une tige de commande 23 portant le contact mobile 22 de l'ampoule à vide 20. Une surface inclinée de la plaque coulissante 154 permet d'actionner la tige de commande 23 de l'ampoule à vide pour séparer le contact mobile 22 du contact fixe 21 de l'ampoule à vide 20, à un moment déterminé par rapport à l'ouverture de la chambre de coupure 10 dans une chronologie déterminée et définie dans la description du document EP 1 653 491 .
  • Plus précisément dans ce type de système, lorsque le mécanisme de commande se déplace le long de l'axe longitudinal A, A' de la chambre de coupure 10, ceci provoque, mis à part le mécanisme d'ouverture de cette chambre de coupure 10, l'ouverture de l'ampoule à vide 20. En effet, sous l'action de la plaque coulissante 154, la tige de commande 23 de l'ampoule à vide se déplace, par l'intermédiaire du galet 155. Une fois que le galet 155 a atteint la rampe d'extrémité 140 de la plaque coulissante 55, parallèle à l'axe longitudinal A, A', la tige de commande 23 de l'ampoule à vide 20 est sollicitée, entre autre par un ressort 138 pour revenir dans une position initiale dans laquelle les contacts fixe 21 et mobile 22 sont remis en contact à l'intérieure de l'ampoule à vide 20. Un autre cycle peut alors être effectué.
  • On signale que, sur cette figure 1, la représentation de certains éléments a été simplifiée, ce qui est le cas, entre autre des contacts fixe 21 et mobile 22 de l'ampoule à vide 20.
  • Toutefois, ce type de commande mécanique nécessite de nombreux éléments mécaniques fixes et mobiles, ce qui implique de nombreux usinages.
  • Le but de l'invention est d'éviter ces inconvénients dûs à la complexité du système mécanique et à son coût de fabrication.
    • RESUME DE L'INVENTION
  • A cet effet, l'objet principal de l'invention est un disjoncteur hybride comprenant :
    • un premier interrupteur comprenant lui-même une première paire de contacts dans laquelle un contact mobile peut être déplacé par rapport à un contact fixe selon un premier axe longitudinal entre une position fermée et une position ouverte ;
    • un deuxième interrupteur comprenant une deuxième paire de contacts dans laquelle un deuxième contact mobile, solidaire d'une tige de contact mobile, peut être déplacé selon un deuxième axe entre une position fermée et un position ouverte grâce à une tige de commande, et
    • des moyens d'actionnement assurant, par une action de commande unique, le déplacement des contacts mobiles par rapport aux contacts fixes entre une position de fermeture et une position d'ouverture, les moyens d'actionnement étant adaptés pour ouvrir la première et la deuxième paire de contacts puis à refermer la deuxième paire de contacts tout en maintenant la première paire ouverte pendant un temps déterminé.
  • Selon l'invention, le disjoncteur hybride possède un système de maintien de la tige de commande du deuxième interrupteur et un système d'accumulation d'énergie prenant appui sur la tige de contact mobile et par rapport à un point fixe et étant destiné à être chargé jusqu'à une certaine valeur pour laquelle le système de maintien se déforme sous l'effort et désolidarise la tige de commande de la tige de contact mobile et permet le retour du contact mobile vers le contact fixe.
  • Dans une première réalisation de l'invention, le système de maintien de la tige de commande possède un ressort hélicoïdal torique souple placé dans une rainure de la tige de contact mobile et dans la rainure d'une tige de commande du deuxième interrupteur et un système d'accumulation d'énergie prenant appui sur la tige de contact mobile par rapport à un point fixe et étant destiné à être chargé jusqu'à une certaine valeur pour laquelle le ressort hélicoïdal torique souple se déforme sous l'effort et désolidarise la tige de commande de la tige de contact mobile et permet le retour du contact mobile vert le contact fixe.
  • Dans une deuxième réalisation du système de maintien de la tige de commande, celui-ci comprend une bille poussée hors d'un trou non traversant et radial dans la tige de contact mobile par un ressort placé à l'intérieur de ce trou et une encoche correspondant pratiquée dans la surface interne d'une extrémité de la tige de commande, ladite extrémité ayant une longueur supérieure à la course de la tige de contact mobile dans l'extrémité de la tige de commande pour que la bille ne sorte pas de ladite extrémité.
  • Dans une première réalisation du disjoncteur selon l'invention le premier interrupteur est une chambre de coupure dans laquelle se trouve une rainure de commande possèdant entre deux parties parallèles à l'axe longitudinal A, A' une partie inclinée destinée à être une rampe de commande pour la tige de commande du deuxième interrupteur qui est une ampoule à vide, par déplacement longitudinal de la rainure le long de l'axe longitudinal A, A'.
  • Dans une deuxième réalisation, le premier interrupteur est une chambre de coupure placée selon un axe longitudinal C, C' parallèle au deuxième axe longitudinal du deuxième interrupteur qui est une ampoule à vide. Dans ce cas, la tige de commande de l'ampoule à vide est complétée par une partie perpendiculaire dont l'extrémité est montée coulissante dans une rainure longitudinale de la chambre de coupure.
    • LISTE DES FIGURES
  • L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description suivante qui est accompagnée de plusieurs figures représentant respectivement :
    • Figure 1, un disjoncteur hybride de l'art antérieur ;
    • Figure 2, une première réalisation du disjoncteur hybride selon l'invention ;
    • Figure 3, en coupe, une première variante d'un détail du disjoncteur hybride selon l'invention ;
    • Figure 4, en coupe, une deuxième variante du même détail du disjoncteur hybride selon l'invention ; et
    • Figure 5, une deuxième réalisation du disjoncteur hybride selon l'invention.
    DESCRIPTION DETAILLEE DE DEUX REALISATIONS DE L'INVENTION
  • En référence à la figure 2, il est prévu, selon l'invention, d'utiliser un système d'interrupteur dans un disjoncteur hybride tel que défini dans la demande de brevet européen EP 1 653 491 pour actionner les contacts mobiles 21 et 22 de l'ampoule à vide 20. Un tel dispositif d'actionnement permet de réaliser le diagramme temporel suivant :
    • commande d'ouverture d'un premier interrupteur qui est ici la chambre de coupure 110 ;
    • décalage de l'ouverture d'un deuxième interrupteur qui est ici l'ampoule à vide 20, de façon à permettre au contact de la chambre de coupure 110 de se séparer à une vitesse minimale et de façon synchrone à la séparation des contacts mobile 21 et fixe 22 de l'ampoule à vide 20, et
    • fermeture de l'ampoule à vide 20, tout en maintenant la chambre de coupure 110 en position ouverte.
  • Plus précisément, ceci permet d'ouvrir l'ampoule à vide 20 puis de la refermer, sous l'effet d'un ressort 39, tout en continuant la course d'une tige de commande 31. Le ressort 39 remplit le rôle de système d'accumulation d'énergie. Dans ce système, la tige de commande 31 tire le contact mobile 22 de l'ampoule à vide 20, par l'intermédiaire d'un ressort hélicoïdale torique souple 38 qui solidarise temporairement la tige de commande 31 et une tige de contact mobile 32 à l'extrémité de laquelle est fixé le contact mobile 22. En même temps, le ressort 39 est comprimé jusqu'au moment le ressort hélicoïdal torique souple 38 cède en se comprimant, relâchant ainsi la tige du contact mobile 32 qui se ferme sous l'action du ressort 39.
  • Un tel agencement permet, tout en ayant une course relativement importante pour la tige de commande 31, de ne pas écarter d'une trop grande distance le contact mobile 22 du contact fixe 21 de l'ampoule à vide 20. En d'autre terme, le contact mobile 22 revient vers le contact mobile 21 alors que la tige de commande 31, actionnée par le système mécanique d'actionnement de l'ampoule à vide 20 et de la chambre de coupure 110 continue sa course.
  • La figure 3 montre en détail une première variante de la liaison entre la tige de commande 31 et la tige de contact mobile 32 permettant l'ouverture et la fermeture de l'ampoule à vide, tel que décrit précédemment. L'extrémité supérieure 34 de la tige de commande 31 a une forme élargie et creuse. L'espace interne ainsi défini 35 a un diamètre interne très légèrement supérieur au diamètre externe de la tige de contact mobile 32. Cette dernière possède une rainure 36 sur son périmètre et l'extrémité supérieure 34 de la tige de commande 31 possède, sur sa surface interne une même rainure 37 correspondant à la rainure 35 de la tige de commande 32. Ces deux rainures 35 et 37 définissent un espace radiale dans lequel est placé le ressort hélicoïdal torique souple 38.
  • On comprend que, si la tige de commande 31 est sollicité avec une force suffisante vers le bas de la figure 3, le ressort hélicoïdal torique souple 38 cèdera à partir d'une certaine de valeur de la contrainte imposée par la tige de commande 31. Le ressort hélicoïdal torique souple 38 se déforme alors en se comprimant et permet la désolidarisation de la tige de contact mobile 32 par rapport à la tige de commande 31.
  • En référence à la figure 4, une deuxième variante de la liaison entre la tige de commande 41 et la tige de contact mobile 42 utilise une bille 48 poussée par un ressort 49, logé lui-même dans un trou non traversant et radial 45 pratiqué dans la tige de contact mobile 42, vers son extrémité faisant face à la tige de commande 41. En correspondance, la surface interne de l'extrémité 44 de la tige de commande 41 qui a donc une forme tubulaire allongée, possède une encoche 47 correspondante à la position de la bille 48, lorsque la tige de commande 41 et la tige de contact mobile 42 sont solidarisées. La bille 48 dépasse donc de la surface externe de la tige de contact mobile 42 pour être logée dans l'encoche 47 de l'extrémité 44 de la tige de commande 41.
  • Lors de l'augmentation de la traction fournie par le ressort 39 (figure 2), la bille 48 est refoulée à l'intérieur du trou 45 en pressant le ressort 49. La tige de contact mobile 42 a donc tendance à se dégager de l'extrémité 44 de la tige de commande 41 en coulissant à l'intérieur, sans toutefois que la bille 48 ne sorte de cette extrémité 44. En conséquence, la longueur de l'extrémité 44 de la tige de commande 41 est bien supérieure à la course prévue entre les deux positions relatives de la tige de contact mobile 42 et la tige de commande 41.
  • Le système de désolidarisation temporaire automatique de la tige de contact mobile par rapport à la tige de commande de l'ampoule à vide tel que décrit précédemment permet d'envisager d'autres architectures du disjoncteur hybride.
  • En effet, en référence à la figure 4, on peut envisager d'utiliser une ampoule à vide 20 définissant un axe longitudinal D, D' qui est parallèle à l'axe longitudinal C, C' de la chambre de coupure 210 correspondante. On retrouve dans cette réalisation, les éléments principaux que sont l'ampoule à vide 20, le ressort 24 d'accumulation d'énergie, la tige de commande 231 avec son extrémité supérieure 234 solidarisée à la tige de contact mobile 32 par un ressort hélicoïdal torique souple 238 la partie inférieure de la tige de commande 231 possède une partie perpendiculaire 232 terminée par une extrémité 235 montée coulissante dans une fente longitudinale 212 de la chambre de coupure 210. Un palier 233 a été symbolisé autour de la tige de commande 231 pour montrer qu'elle est guidée en translation longitudinal selon l'axe longitudinal D, D'. Là aussi, le dispositif mécanique unique de commande est simplifié, puisqu'il suffit qu'il entraîne, dans la chambre de coupure 210, l'extrémité 235 de la partie perpendiculaire 232 de la tige de commande 231. La chronologie des ouvertures respectives des chambres de coupure 210 et de l'ampoule à vide 20 peut donc être la même que celle décrite précédemment et dans le document de brevet EP 1 653 491 A2 .

Claims (5)

  1. Disjoncteur hybride comprenant :
    - un premier interrupteur comprenant lui-même une première paire de contact dans laquelle un contact mobile peut-être déplacé selon un premier axe longitudinal (A, A' ; C, C') entre une position fermée et une position ouverte ;
    - un deuxième interrupteur comprenant une deuxième paire de contacts dans laquelle contact mobile (22), solidaire d'une tige de contact mobile (32, 42), peut être déplacé selon un deuxième axe (B, B' ; D, D') entre une position fermée et une position ouverte, grâce à une tige de commande (31, 41, 231),
    - des moyens d'actionnement assurant, par une action de commande unique, le déplacement des contacts mobiles par rapport aux contacts fixes entre une position de fermeture et une position d'ouverture, les moyens d'actionnement étant adaptés pour ouvrir la première et la deuxième paire de contact puis à refermer la deuxième paire de contact tout en maintenant la première paire ouverte pendant un temps déterminé,
    caractérisé en ce qu'il possède un système de maitien de la tige de commande (31, 41, 231) du deuxième interrupteur et un système d'accumulation d'énergie prenant appui sur la tige de contact mobile (32, 42) et par rapport à un point fixe et étant destiné à être chargé jusqu'à une certaine valeur pour laquelle le système de maintien se déforme sous l'effort et désolidarise la tige de commande (31, 41, 231) de la tige de contact mobile (32, 42) et permet le retour du contact mobile (22) vers le contact fixe (21).
  2. Disjoncteur hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de maintien de la tige de commande (31, 231) est un ressort hélicoïdal torique souple (38, 238) placé dans une rainure (35) de la tige de contact mobile (32) et une rainure (37) sur une surface interne de la tige de commande (31, 231) du deuxième interrupteur et un système d'accumulation d'énergie prenant appui sur la tige de contact mobile (32) et par rapport à un point fixe et étant destiné à être chargé jusqu'à une certaine valeur pour laquelle le ressort hélicoïdal torique souple (38, 238) se déforme sous l'effort et désolidarise la tige de commande (31, 231) de la tige de contact mobile (32) et permet le retour du contact mobile (22) vers le contact fixe (21).
  3. Disjoncteur hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de maintien de la tige de commande (41) comprend une bille (48) poussée hors d'un trou non traversant et radial (45) dans la tige de contact mobile (42) par un ressort (49) placé à l'intérieur de ce trou et une encoche (48) correspondante pratiquée dans la surface interne d'une extrémité (44) de la tige de commande (41), ladite extrémité (44) ayant une longueur supérieure à la course de la tige de contact mobile (42) dans l'extrémité (44) de la tige de commande (41) pour que la bille (48) ne sorte pas de ladite extrémité (44).
  4. Disjoncteur hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier interrupteur est une chambre de coupure (110) dans laquelle se trouve une rainure de commande (112) possèdant entre deux parties parallèles à l'axe longitudinal (A, A') de cette chambre de coupure (110) une partie inclinée (114) destinée à constituer une rampe de commande pour la tige de commande (31, 41) du deuxième interrupteur qui est une ampoule à vide (20) par déplacement longitudinal de l'extrémité de la tige de commande (31, 41) dans la rainure (112), le long de l'axe longitudinal A, A', de la chambre de coupure (110).
  5. Disjoncteur hybride selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier interrupteur est une chambre de coupure (210) placée selon un axe longitudinal (C, C') parallèle au deuxième axe longitudinal (D, D') du deuxième interrupteur qui est une ampoule à vide (20), la tige de commande (231) de l'ampoule à vide (20) étant complétée par une partie perpendiculaire (232) dont l'extrémité (235) est montée coulissante dans une rainure longitudinale (212) de la chambre de coupure (210).
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