EP3055873A1 - Sectionneur a pouvoir d'etablissement et de coupure ameliores - Google Patents

Sectionneur a pouvoir d'etablissement et de coupure ameliores

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EP3055873A1
EP3055873A1 EP14781550.0A EP14781550A EP3055873A1 EP 3055873 A1 EP3055873 A1 EP 3055873A1 EP 14781550 A EP14781550 A EP 14781550A EP 3055873 A1 EP3055873 A1 EP 3055873A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
arc
arcing contact
disconnector
insulating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14781550.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Alain Girodet
Vincent TROUBAT
Paul Vinson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alstom Technology AG filed Critical Alstom Technology AG
Publication of EP3055873A1 publication Critical patent/EP3055873A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/36—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by sliding
    • H01H1/38—Plug-and-socket contacts
    • H01H1/385—Contact arrangements for high voltage gas blast circuit breakers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H31/00—Air-break switches for high tension without arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H31/26—Air-break switches for high tension without arc-extinguishing or arc-preventing means with movable contact that remains electrically connected to one line in open position of switch
    • H01H31/32—Air-break switches for high tension without arc-extinguishing or arc-preventing means with movable contact that remains electrically connected to one line in open position of switch with rectilinearly-movable contact
    • 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
    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/7015—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts
    • H01H33/7023—Switches 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
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/7015—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts
    • H01H33/7076—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts characterised by the use of special materials
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    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/88—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts
    • H01H2033/888—Deflection of hot gasses and arcing products

Definitions

  • the invention relates to high voltage disconnectors of substations in metal casing or PSEM (in English "Gas Insulated Substations").
  • Such stations include busbars (in English "busbars") having one or more conductive elements.
  • Bar bus disconnectors (busbar disconnectors) provide load transfer between the different busbars. Such disconnectors are for example in stations with two busbars.
  • the invention relates more particularly to the disconnectors provided for carrying out bar transfer operations, whose function, for example, is to isolate one busbar from another in anticipation of technical interventions or to vary the distribution of the loads. on a network.
  • a disconnector has traditionally permanent contacts through which the current flows in the closed position of said disconnector and arc contacts connected in parallel with the permanent contacts.
  • the permanent contacts separate first, leaving the current go through the arc contacts that then separate.
  • the arcing contacts meet first in a closing maneuver. In either case, the arcing contacts undergo arcing. Their material is chosen to undergo minimal ablation during the entire period of holding the arc between them.
  • the switching speed of the disconnectors is relatively slow and the extinction of the arc occurs when the current crosses at zero when its length is sufficient to create a sufficiently high arc voltage and when the dielectric conditions Insulation gas at this time is favorable to withstand the voltage restored between the contacts.
  • Test values to be applied to the disconnectors to validate the bar transfer cut-off conditions are currently defined in IEC 62271-102. Until now, the maximum current under test for such disconnectors is limited to 1600 A which corresponds to a proportion of the values of the permanent current flowing in the busbars.
  • the standard is expected to evolve soon and the maximum current under test will be increased to 80% of the permanent current without the limitation to 1600 A existing until then.
  • the increase in the value of the current also results in an increase in the restored voltage because of the impedance of the loop in which said current flows.
  • the object of the invention is therefore to propose an efficient and economical solution for improving the performance of bar transfer disconnectors.
  • the invention thus relates to a disconnector having a fixed arcing contact and a movable arcing contact, an insulating nozzle enclosing a portion of a first arcing contact of the arcing contact and the arcing contact. mobile so that when an electric arc is formed during an opening or closing operation of the disconnector, the insulating nozzle is in contact with the electric arc and undergoes ablation by the electric arc.
  • the insulating nozzle according to the invention advantageously makes it possible, on the one hand, to force the elongation of the electric arc between the arcing contacts and, on the other hand, to maintain a material chosen to undergo ablation close to the arc. in contact with the arc and such that, during this ablation, a portion of the heating caused by the electric arc is used as latent heat of vaporization of the nozzle insulating material, resulting in cooling of the breaking zone and resulting in a local increase in pressure. These phenomena are favorable to the extinction of the arc.
  • the first arcing contact is of hollow cylindrical shape and comprises a bottom, a tubular portion and an end opposite the bottom, the insulating nozzle enveloping at least a portion of the tubular portion and having a radial portion disposed facing -vis of said end of the first arcing contact, the side of the second arcing contact.
  • the insulating nozzle is interposed between the fixed arc contact and the movable arcing contact during an opening or closing operation of the disconnector. This maximizes the contact between the arc and the insulating nozzle, thus promoting the extinction of the arc.
  • the insulating nozzle has a U-shaped section, through which an opening is formed, the second arc contact being provided:
  • the insulating nozzle may be made of fluorinated polymer material or fluorinated copolymer.
  • the insulating nozzle is made of pure fluorinated polymer material or pure fluorinated copolymer or material comprising 70 ⁇ 6 minimum by weight of fluoropolymer.
  • the insulating nozzle is made of at least 70% by weight of fluorinated polymer to which at least one solid filler of oxide, of sulphide, of nitride or of calcium, for example of the MoS 2, SiO 2 BN type, or CaF2.
  • the insulating nozzle is made of at least 70% by weight of a fluorinated polymer to which is added at least one sulphide type filler such as molybdenum bi sulphide MoS2 of 10 to 30%, solid oxide such as silica SiO 2 from 10 to 30%, nitride such as BN boron nitride from 10 to 30%, calcium such as calcium fluoride CaF 2 from 10 to 30%.
  • a fluorinated polymer to which is added at least one sulphide type filler such as molybdenum bi sulphide MoS2 of 10 to 30%, solid oxide such as silica SiO 2 from 10 to 30%, nitride such as BN boron nitride from 10 to 30%, calcium such as calcium fluoride CaF 2 from 10 to 30%.
  • the charge introduced into the polymer makes it possible to increase the UV absorption coefficient created by the plasma of the electric arc.
  • the direct effect is an increase in pressure by vaporization of a larger amount of
  • a screen is mounted on the second movable arc contact, an insulating pad of this screen being mounted against one end the second arcing contact disposed on the side of the first arcing contact, the patch being arranged to contact and extend the length of the electric arc.
  • the insulating screen can further force the elongation of the electric arc between the arcing contacts and increase the portion of the arc in contact with a material to be eroded.
  • the insulating pellet may be made of fluorinated polymer material or fluorinated copolymer.
  • the insulating pellet is made of a pure fluorinated polymer material or pure fluorinated copolymer or material comprising at least 70% by weight of fluoropolymer.
  • a fluoropolymer or copolymer screen will degrade into components that are favorable to maintaining a good dielectric strength in a cut-off zone.
  • the insulating pellet is made of polymer or copolymer of PTFE (TefIon®), PFA or FEP type.
  • the insulating screen is made of at least 70% by weight of fluoropolymer to which is added at least one solid material of sulfide, oxide, nitride or calcium type such as MoS2, SiO2, BN or CaF2.
  • the insulating nozzle and the second arcing contact delimit a confined chamber promoting the rise in pressure and extinction of the electric arc by blowing.
  • the first arc contact described above is the fixed arc contact and the second arc contact is the moving arc contact, i.e. that the fixed arc contact is in the form of a hollow cylinder and the movable arc contact is rod-shaped of a dimension such that it can be housed in an internal chamber of the fixed arc contact.
  • the first arcing contact described above is the moving arcing contact and the second arcing contact is the fixed arcing contact, i.e. that is, the fixed arc contact is in the form of a rod around which the moving arc contact is placed.
  • the invention also relates to a metal-enclosed station (PSEM) comprising a disconnector as described above.
  • PSEM metal-enclosed station
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the disconnector according to the invention
  • FIG. 2 shows a second embodiment of disconnector according to the invention
  • FIG. 3 shows a third embodiment of the disconnector according to the invention.
  • Figures 4A and 4B show two possible embodiments of the end of an arc contact.
  • FIG. 1 illustrates a disconnector 10 in the closed position.
  • the disconnector 10 comprises two electrodes 11 and 11 'between which is a breaking chamber 12.
  • the disconnector 10 comprises a fixed arcing contact 20, fixed permanent contacts 21, a movable arcing contact 22, a movable permanent contact 23 and an insulating connecting rod 27.
  • the disconnector 10 further comprises an insulating nozzle 24 (or a insulating cover 24) and an insulating screen 25 which will be described in detail below.
  • the elements 20 to 25 are here coaxial with respect to a longitudinal direction X.
  • the fixed arc contact 20 is in the form of a hollow cylinder delimiting an internal chamber 26.
  • the contact 20 extends from a fixed bottom surface 29 to an end 30. end 30 through an opening 31.
  • the insulating nozzle 24 externally covers the fixed arcing contact 20.
  • the insulating nozzle 24 has a radial portion 24a which here covers the end 30 and defines an opening 32 vis-à-vis the opening 31.
  • the nozzle 24 has a U-shaped section through which an opening 32 is formed.
  • An annular volume 13 which is a part of the breaking chamber 12, is delimited between the electrode 11 and the nozzle 24.
  • the movable permanent contact 23 is a conductive part here of cylindrical shape.
  • the contact 23 is mounted on the insulating rod 27, itself connected to a control system for opening and closing (not shown) of the disconnector 10.
  • the contact 23 has an intermediate wall 23a on which the movable arc contact is mounted. 22 (described below).
  • the contact 23 has a hollow cylindrical end 23b. When the disconnector 10 is in the closed position, the end 23b is intended to be housed in the volume 13 by wrapping the nozzle 24 and being in electrical connection with the permanent contacts 21.
  • the movable arcing contact 22 is here a pin of generally elongated shape, flared at its end 22a opposite to the wall 23a.
  • the contact 22 has a housing 33 over part of its length from the end 22a.
  • the insulating screen 25 is here a generally elongate form plug.
  • the screen 25 comprises a rod 25a and an end pad 25b.
  • the pellet 25b is transverse to the rod 25a so that the screen has a T-section.
  • the rod 25a is intended to be completely housed in the housing 33.
  • the pellet 25b is generally circular in shape and is intended to come flat against the end 22a of the movable arcing contact 22.
  • the maximum outer diameter of the pellet 25b and that of the movable arcing contact 22 are smaller than the diameter of the opening 32.
  • the outer diameter of the end 22a of the contact 22 is greater than the inside diameter of the opening. 31.
  • the movable arcing contact 22 is here worked at its end 22a giving it an elastic property.
  • the end 22a comprises for example but not limited to slots not shown.
  • the materials of the insulating nozzle 24 and of the insulating shield 25 are chosen from fluorinated polymers or copolymers such as, for example, PTFE (TefIon®), PFA, FEP and may be supplemented with one or more minority materials such as MoS2, SiO2, BN, CaF2, etc.
  • PTFE TefIon®
  • PFA PFA
  • FEP FEP
  • one or more minority materials such as MoS2, SiO2, BN, CaF2, etc.
  • the vaporization of PTFE is increased by the presence of the SiO 2 filler and part of these materials recombines in the form of CF 4, a gas having good arc extinction properties, according to the formula following: (C2F4) n + SiO2 + energy -> CF4 + CO2 + Si.
  • the end 22a and the end 30 are in the breaking chamber 12 at a distance from each other sufficient for in the event that the arc is extinguished, it does not recover under the breaking conditions dictated by the new standard.
  • the permanent contacts 21 and 23 separate first.
  • the current then passes through the arcing contacts 20 and 22.
  • the disconnector 10 continues to open under the action of the insulative rod 27.
  • an electric arc is created. between them.
  • the moving arcing contact 22 then continues its withdrawal movement in solidarity with the part 23 until the disconnector 10 reaches its open position.
  • the path of the electric arc is disturbed by the nozzle 24 and the screen 25 which form baffles.
  • the minimum path that the arc can travel is greater than the distance in direct line between the contact 20 and the contact 22.
  • the arc is thus forced to follow an insulating material over part of its length.
  • the nature of the materials composing the insulating nozzle 24 and the insulating screen 25 and the charges contained in the materials will favor their ablation by the arc.
  • the use of the latent heat of change of state during the vaporization of the materials has the effect of cooling the electric arc and thus to promote its extinction.
  • the creation of new chemical species in the form of steam including species rich in fluorine, promotes the dielectric strength in the cutoff zone after extinction of the arc.
  • the arrangement of the insulating elements 24 and 25 and the arcing contacts 20 and 22 allows the creation of a confined volume 26 '(or confined chamber) whose internal pressure will increase by one heating of the arc but also by the ablation effects of the insulators described above: vaporization and creation of fluorinated species.
  • this confined volume 26 ' is the part of the chamber 26 located between the screen 25 and the bottom surface 29 of the fixed arc contact.
  • the overpressure thus created has the effect of a flow of gas to the area between the contacts 20 and 22 during the opening maneuver, thus further promoting the dielectric strength just after the zero crossing of the current, thus promoting the cutoff.
  • a confined volume 26 'less allows a better rise in pressure during the opening maneuver, in a manner favorable to the extinction of 1 arc.
  • FIG. 2 illustrates a second disconnector 110 whose members similar to the organs of the disconnector 10 bear the same references and are not described again.
  • the disconnector 110 has a fixed arc contact 120, a movable arcing contact 122 and an insulating nozzle 124 which differ from the elements described above.
  • the fixed arc contact 120 is of a shape substantially similar to the contact 20, i.e. it extends from a bottom surface 129 to an opposite end 130 and defines a chamber 126.
  • the contact 120 has fingers 128 and is generally cylindrical in the longitudinal direction.
  • the movable arcing contact 122 is here cylindrical in shape and comprises a hemispherical end 122a of given radius R (see FIG. 4A).
  • the hemispherical end 122a can be replaced by an end of different shape.
  • An advantageous variant in the form of ogive 122b, not limiting, of the end 122a is for example shown in longitudinal section in Figure 4B.
  • This end 122b has an outer profile with three curved portions A1, A2 and A3. Two successive portions A1, A2 and A2, A3 are tangent to each other to facilitate penetration of the contact in the fixed arc contact 120.
  • the portions A1, A2 and A3 have radii of curvature R1, R2 and R3 of respective geometric centers. 01, 02 and 03.
  • the radius of curvature R3 of the end portion is smaller than the radius R2, itself smaller than the radius RI.
  • the number of spokes differs from three or the end of the contact 122 has a still different shape.
  • the movable arcing contact 122 does not have at its end 122a an insulating screen of the type of the screen 25 even if its addition is conceivable and would give the moving arcing contact 122 the same advantages as those described with reference to Figure 1.
  • the insulating nozzle 124 is of greater thickness than the nozzle 24. More specifically, a portion 124a of the nozzle 124 enveloping the contact 120 beyond the end 130 is longitudinally more thicker than the part 24a in order to achieve the same cooling effects of the cut-off zone and maintaining dielectric strength by creating fluorinated species and by vaporizing them.
  • FIG. 3 illustrates a third disconnector 210 whose members similar to the organs of the disconnector 10 bear on the same references and are not redescribed.
  • the disconnector 210 includes a movable arcing contact 220, a fixed arcing contact 222, and an insulating nozzle 224.
  • the movable arcing contact 220 extends from a bottom surface 229 on the intermediate wall 23a to an opposite end 230.
  • the movable arcing contact 220 is otherwise similar in shape to the arcing contact. 120.
  • the contact 220 defines a chamber 226.
  • the contact 220 has fingers 228 and is generally cylindrical in the longitudinal direction.
  • the fixed arcing contact 222 is here cylindrical and has a hemispherical end 222a. As in the embodiment described with reference to FIG. 2, the fixed arcing contact 222 does not carry an insulating screen of the type of the screen 25 even if its addition is conceivable (variant not shown) and would confer on the contact. fixed arc 222 the same advantages as those described above.
  • the insulating nozzle 224 is here of a shape similar to the nozzle 124. More specifically, a portion 224a of the nozzle 224 enveloping the movable arc contact 220 beyond the end 230 is longitudinally thicker than the portion 24a in order to achieve the same cooling effects of the cut-off and dielectric withstand region by creating fluorinated species and vaporizing them.
  • the hemispherical end 222a may advantageously be replaced by an end of profile similar or identical to the end 122b to facilitate the penetration of the contact in the movable arcing contact 220.
  • the invention also aims to cover a metal-enclosed station (PSEM) comprising a disconnector as described above.
  • PSEM metal-enclosed station

Landscapes

  • Circuit Breakers (AREA)
  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)

Abstract

Sectionneur comportant : - un contact d'arc fixe (20) et un contact d'arc mobile (22), - une buse isolante (24) enveloppant une partie d'un premier contact d'arc (20) de manière à ce que, lorsqu'un arc électrique se forme lors d'une manœuvre d'ouverture ou de fermeture du sectionneur, la buse isolante (24) soit au contact de l'arc électrique et subisse une ablation par l'arc électrique, - un écran (25) étant monté sur le deuxième contact d'arc (22), une pastille isolante (25b) de l'écran (25) étant montée contre une extrémité (22a) du deuxième contact d'arc (22) disposée du côté du premier contact d'arc, la pastille isolante (25b) étant arrangée pour être au contact de l'arc électrique et à en allonger la longueur.

Description

SECTIONNEUR A POUVOIR D'ETABLISSEMENT ET DE COUPURE
AMELIORES
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L' invention porte sur les sectionneurs haute tension de postes sous enveloppe métallique ou PSEM (en anglais « Gas Insulated Substations ») .
De tels postes comportent des jeux de barres (en anglais « busbars ») ayant un ou plusieurs éléments conducteurs. Des sectionneurs de jeu de barre (en anglais « busbar disconnectors ») assurent le transfert de charge entre les différents jeux de barres. De tels sectionneurs se trouvent par exemple dans les postes à deux jeux de barres.
L' invention porte plus particulièrement sur les sectionneurs prévus pour effectuer des opérations de transfert de barres, qui ont par exemple pour fonction d'isoler un jeu de barres d'un autre en prévision d' interventions techniques ou pour faire varier la répartition des charges sur un réseau. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Un sectionneur comporte traditionnellement des contacts permanents par lesquels le courant transite en position fermée dudit sectionneur et des contacts d' arc connectés en parallèle des contacts permanents.
Lors d'une manœuvre d'ouverture, les contacts permanents se séparent en premier, laissant le courant passer par les contacts d'arc qui se séparent ensuite. A l'inverse, les contacts d'arc se rejoignent en premier lors d'une manœuvre de fermeture. Dans un cas comme dans l'autre, les contacts d'arc subissent l'établissement d'un arc électrique. Leur matériau est choisi pour subir une ablation minimale pendant toute la durée de maintien de l'arc entre eux.
La vitesse de manœuvre des sectionneurs est relativement lente et l'extinction de l'arc se fait lors d'un passage par zéro du courant à la fois lorsque sa longueur est suffisante pour créer une tension d' arc suffisamment élevée et lorsque les conditions diélectriques du gaz d' isolation à cet instant sont favorables pour supporter la tension rétablie entre les contacts.
Des valeurs d'essai à appliquer aux sectionneurs pour valider les conditions de coupure en transfert de barres sont actuellement définies dans la norme IEC 62271-102. Jusqu'à présent, le courant maximum en essai pour de tels sectionneurs est limité à 1600 A qui correspondent à une proportion des valeurs du courant permanent circulant dans les jeux de barres.
La norme est amenée à évoluer prochainement et le courant maximum en essai sera porté à 80% du courant permanent sans la limitation à 1600 A existant jusqu'alors. L'augmentation de la valeur du courant se traduit également par une augmentation de la tension rétablie en raison de l'impédance de la boucle dans laquelle circule ledit courant.
L'augmentation des performances visées par la nouvelle version de la norme conduirait à des durées d'arc très importantes, notamment à l'ouverture, avec les dispositifs actuels. Dans une telle situation, les contacts d' arc seraient amenés à subir une usure non tolérable pouvant conduire à la dégradation des contacts permanents et la tenue diélectrique en service du sectionneur s'en trouverait réduite.
Par conséquent les sectionneurs utilisés actuellement ne satisferont plus aux conditions de réussite aux essais.
L' invention vise donc à proposer une solution efficace et économique pour l'amélioration des performances des sectionneurs de transfert de barre.
EXPOSÉ DE L' INVENTION
L' invention porte ainsi sur un sectionneur comportant un contact d' arc fixe et un contact d' arc mobile, une buse isolante enveloppant une partie d'un premier contact d' arc parmi le contact d' arc fixe et le contact d'arc mobile de manière à ce que, lorsqu'un arc électrique se forme lors d'une manœuvre d'ouverture ou de fermeture du sectionneur, la buse isolante soit au contact de l'arc électrique et subisse une ablation par l'arc électrique.
La buse isolante selon l'invention permet avantageusement d'une part de forcer l'allongement de l'arc électrique entre les contacts d'arc, et d'autre part de maintenir à proximité de l'arc un matériau choisi pour subir une ablation au contact de l'arc et de telle sorte que, lors de cette ablation, une partie de 1 ' échauffement provoqué par l'arc électrique est utilisée comme chaleur latente de vaporisation du matériau isolant de buse, résultant en un refroidissement de la zone de coupure et résultant en une augmentation locale de la pression. Ces phénomènes sont favorables à l'extinction de l'arc.
Avantageusement, le premier contact d'arc est de forme cylindrique creuse et comporte un fond, une portion tubulaire et une extrémité opposée au fond, la buse isolante enveloppant au moins une partie de la portion tubulaire et comportant une portion radiale disposée en vis-à-vis de ladite extrémité du premier contact d'arc, du côté du deuxième contact d'arc.
Avec une telle structure, la buse isolante se retrouve intercalée entre le contact d' arc fixe et le contact d'arc mobile lors d'une manœuvre d'ouverture ou de fermeture du sectionneur. Ceci maximise le contact entre l'arc et la buse isolante, favorisant ainsi l'extinction de l'arc.
Dans une configuration particulière, la buse isolante a une section en forme de U, au travers duquel est ménagée une ouverture, le deuxième contact d' arc étant prévu :
- pour être disposé au moins en partie dans une chambre interne du premier contact d' arc dans la position fermée du sectionneur,
- pour être disposé en dehors de la chambre interne dans la position ouverte du sectionneur,
- le deuxième contact franchissant l'ouverture lorsque le sectionneur est manœuvré depuis l'une vers l'autre de ses positions ouverte et fermée.
La buse isolante peut être réalisée en matériau polymère fluoré ou copolymère fluoré. Avantageusement, la buse isolante est réalisée en matériau polymère fluoré pur ou copolymère fluoré pur ou en matériau comportant 70 ~6 minimum en masse de polymère fluoré.
Ces matériaux se dégradent avantageusement en composés fluorés sous l'effet de l'arc. Les vapeurs fluorées ainsi formées permettent de maintenir une bonne tenue diélectrique en zone de coupure.
Selon une caractéristique avantageuse particulière, la buse isolante est réalisée à 70% minimum en masse en polymère fluoré auquel est ajouté au moins une charge solide d'oxyde, de sulfure, de nitrure ou de calcium, par exemple du type MoS2, Si02 BN ou CaF2.
Selon une caractéristique avantageuse alternative, la buse isolante est réalisée à 70% minimum en masse d'un polymère fluoré auquel est ajouté au moins une charge de type sulfure comme le bi sulfure de molybdène MoS2 de 10 à 30%, d'oxyde solide comme la silice Si02 de 10 à 30%, de nitrure comme le nitrure de bore BN de 10 à 30%, de calcium comme le fluorure de calcium CaF2 de 10 à 30%. La charge introduite dans le polymère permet d' augmenter le coefficient d' absorption des UV crées par le plasma de l'arc électrique. L'effet direct étant une augmentation de la pression par vaporisation d'une plus grande quantité de polymère fluoré et une augmentation de la quantité de vapeur fluorée dans la zone d'arc.
En variante avantageuse, un écran est monté sur le deuxième contact d'arc mobile, une pastille isolante de cet écran étant montée contre une extrémité du deuxième contact d'arc disposée du côté du premier contact d'arc, la pastille étant arrangée pour être au contact de l'arc électrique et à en allonger la longueur .
De même que la buse isolante, l'écran isolant permet de forcer encore l'allongement de l'arc électrique entre les contacts d'arc et d'augmenter la portion de l'arc en contact avec un matériau à éroder.
La pastille isolante peut être réalisée en matériau polymère fluoré ou copolymère fluoré.
Avantageusement, la pastille isolante est réalisée en un matériau polymère fluoré pur ou copolymère fluoré pur ou en matériau comportant 70% minimum en masse de polymère fluoré.
De même que pour la buse isolante, un écran en polymère ou copolymère fluoré se dégradera en composants favorables au maintien d'une bonne tenue diélectrique en zone de coupure.
Dans un mode particulier, la pastille isolante est réalisé en polymère ou copolymère de type PTFE (TefIon®) , PFA ou FEP.
Dans un mode alternatif, l'écran isolant est réalisé à 70% minimum en masse de polymère fluoré auquel est ajouté au moins un matériau solide de type sulfure, oxyde, nitrure ou calcium comme le MoS2, le Si02, le BN ou le CaF2.
Avantageusement, la buse isolante et le deuxième contact d'arc délimitent une chambre confinée favorisant la montée en pression et l'extinction de l'arc électrique par soufflage. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le premier contact d'arc décrit ci-dessus est le contact d' arc fixe et le deuxième contact d' arc est le contact d'arc mobile, c'est-à-dire que le contact d'arc fixe est en forme de cylindre creux et le contact d'arc mobile est en forme de tige d'une dimension telle qu' il peut se loger dans une chambre interne du contact d'arc fixe.
Inversement, dans un autre mode de réalisation de l'invention, le premier contact d'arc décrit ci-dessus est le contact d'arc mobile et le deuxième contact d'arc est le contact d'arc fixe, c'est-à-dire que le contact d'arc fixe est en forme de tige autour de laquelle vient se placer le contact d' arc mobile .
L' invention porte encore sur un poste sous enveloppe métallique (PSEM) comportant un sectionneur tel que décrit ci-dessus.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
On décrira à présent, à titre d'exemples non limitatifs, des modes de réalisation de l'invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 montre un premier mode de réalisation de sectionneur selon l'invention ;
- la figure 2 montre un second mode de réalisation de sectionneur selon l'invention ;
- la figure 3 montre un troisième mode de réalisation de sectionneur selon l'invention ; - les figures 4A et 4B montrent deux réalisations possibles de l'extrémité d'un contact d' arc .
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS La figure 1 illustre un sectionneur 10 en position fermée.
Le sectionneur 10 comporte deux électrodes 11 et 11' entre lesquelles se trouve une chambre de coupure 12.
Le sectionneur 10 comporte un contact d'arc fixe 20, des contacts permanents fixes 21, un contact d'arc mobile 22, un contact permanent mobile 23 et une bielle isolante 27. Le sectionneur 10 comporte en outre une buse isolante 24 (ou un capot isolant 24) et un écran isolant 25 qui seront décrits en détail plus loin. Les éléments 20 à 25 sont ici coaxiaux par rapport à une direction longitudinale X.
Dans l'exemple représenté, le contact d'arc fixe 20 est en forme de cylindre creux délimitant une chambre interne 26. Le contact 20 s'étend d'une surface de fond fixe 29 à une extrémité 30. La chambre 26 débouche en l'extrémité 30 par une ouverture 31.
La buse isolante 24 recouvre extérieurement le contact d'arc fixe 20. La buse isolante 24 comporte une portion radiale 24a qui recouvre ici l'extrémité 30 et délimite une ouverture 32 en vis-à-vis de l'ouverture 31. Autrement dit, la buse 24 a une section en forme de U au travers de laquelle une ouverture 32 est ménagée. Un volume annulaire 13 qui est une partie de la chambre de coupure 12, est délimité entre l'électrode 11 et la buse 24.
Le contact permanent mobile 23 est une pièce conductrice ici de forme cylindrique. Le contact 23 est monté sur la bielle isolante 27, elle-même reliée à un système de commande en ouverture et fermeture (non représenté) du sectionneur 10. Le contact 23 présente une paroi intermédiaire 23a sur laquelle est monté le contact d'arc mobile 22 (décrit ci-après) . Le contact 23 comporte une extrémité 23b cylindrique creuse. Lorsque le sectionneur 10 est en position fermée, l'extrémité 23b est destinée à venir se loger dans le volume 13 en enveloppant la buse 24 et en étant en liaison électrique avec les contacts permanents 21.
Le contact d'arc mobile 22 est ici un pion de forme globalement allongée, évasé en son extrémité 22a opposée à la paroi 23a. Le contact 22 comporte un logement 33 sur une partie de sa longueur depuis l'extrémité 22a.
L'écran isolant 25 est ici une fiche de forme générale allongée. L'écran 25 comporte une tige 25a et une pastille d'extrémité 25b. La pastille 25b est transversale à la tige 25a de sorte que l'écran a une section en T. Ici, la tige 25a est prévue pour être logée complètement dans le logement 33. La pastille 25b est de forme globalement circulaire et est prévue pour venir à plat contre l'extrémité 22a du contact d'arc mobile 22. Le diamètre externe maximal de la pastille 25b et celui du contact d'arc mobile 22 sont inférieurs au diamètre de l'ouverture 32. En revanche, le diamètre externe de l'extrémité 22a du contact 22 est supérieur au diamètre interne de l'ouverture 31. Ainsi, lors de l'insertion du contact d'arc 22 dans la chambre 26 ou lors de sa sortie de la chambre 26, un effort de friction est généré au niveau de l'ouverture 31. Ce contact entre le contact 20 et le contact 22 permet le passage du courant. Le contact d'arc mobile 22 est ici ouvragé en son extrémité 22a lui conférant une propriété élastique. L'extrémité 22a comporte par exemple mais non limitativement des fentes non représentées .
Les matériaux de la buse isolante 24 et de l'écran isolant 25 sont choisis parmi les polymères ou copolymères fluorés comme par exemple le PTFE (TefIon®) , le PFA, le FEP et peuvent être additionnés d'un ou plusieurs matériaux minoritaires comme du MoS2, du Si02, du BN, du CaF2, etc. A titre d'exemple, la vaporisation du PTFE est augmentée par la présence de la charge de Si02 et une partie de ces matériaux se recombine sous la forme de CF4, gaz ayant de bonnes propriétés d'extinction de l'arc, selon la formule suivante : (C2F4)n + Si02 + énergie -> CF4 + C02 + Si.
En position fermée du sectionneur 10, l'extrémité 22a du contact 22 et la pastille 25b de l'écran 25 sont logés dans la chambre 26.
En position ouverte, l'extrémité 22a et l'extrémité 30 se trouvent dans la chambre de coupure 12 à une distance l'une de l'autre suffisante pour que dans le cas où l'arc est éteint, il ne se rétablisse pas dans les conditions de tenue en coupure dictées par la nouvelle norme.
Lors d'une manœuvre d'ouverture du sectionneur 10, les contacts permanents 21 et 23 se séparent en premier. Le courant passe alors par les contacts d'arc 20 et 22. Le sectionneur 10 continue de s'ouvrir sous l'action de la bielle isolante 27. Lors de la perte de contact entre les contacts 20 et 22, un arc électrique se crée entre ceux-ci. Le contact d'arc mobile 22 continue alors son mouvement de retrait solidairement à la pièce 23 jusqu'à ce que le sectionneur 10 atteigne sa position ouverte.
Dans le mode de réalisation représenté en figure 1, le chemin de l'arc électrique est perturbé pas la buse 24 et l'écran 25 qui forment des chicanes.
Le chemin minimum que l'arc peut parcourir est supérieur à la distance en ligne directe entre le contact 20 et le contact 22. L'arc est ainsi forcé à longer un matériau isolant sur une partie de sa longueur. La nature des matériaux composant la buse isolante 24 et l'écran isolant 25 et les charges que contiennent les matériaux vont favoriser leur ablation par l'arc. L'utilisation de la chaleur latente de changement d'état lors de la vaporisation des matériaux a pour effet de refroidir l'arc électrique et donc de favoriser son extinction. En outre, la création de nouvelles espèces chimiques sous forme de vapeur, parmi lesquels des espèces riches en fluor, favorise la tenue diélectrique dans la zone de coupure après extinction de l'arc. Par ailleurs, la disposition des éléments isolants 24 et 25 et des contacts d'arc 20 et 22 permet la création d'un volume confiné 26' (ou chambre confinée) dont la pression interne va augmenter par 1 ' échauffement de l'arc mais aussi par les effets d'ablation des isolants décrits ci-dessus : vaporisation et création d'espèces fluorées. Ici, ce volume confiné 26' est la partie de la chambre 26 située entre l'écran 25 et la surface de fond 29 du contact d'arc fixe. La surpression ainsi créée a pour effet un écoulement de gaz vers la zone située entre les contacts 20 et 22 lors de la manœuvre d'ouverture, favorisant ainsi encore la tenue diélectrique juste après le passage par zéro du courant, favorisant ainsi la coupure. Un volume confiné 26' moindre permet une meilleure montée en pression lors de la manœuvre d'ouverture, de manière favorable à l'extinction de 1 ' arc .
La figure 2 illustre un deuxième sectionneur 110 dont les organes semblables aux organes du sectionneur 10 portent les mêmes références et ne sont pas décrits de nouveau. Le sectionneur 110 comporte un contact d'arc fixe 120, un contact d'arc mobile 122 et une buse isolante 124 qui diffèrent des éléments décrits ci-dessus.
Le contact d'arc fixe 120 est de forme globalement similaire au contact 20, c'est-à-dire qu'il s'étend d'une surface de fond 129 à une extrémité opposée 130 et délimite une chambre 126. Le contact 120 comporte des doigts 128 et est de forme générale cylindrique dans le sens longitudinal. Le contact d'arc mobile 122 est ici de forme cylindrique et comporte une extrémité hémisphérique 122a de rayon donné R (voir figure 4A) .
Alternativement, l'extrémité hémisphérique 122a peut être remplacée par une extrémité de forme différente. Une variante avantageuse en forme d'ogive 122b, non limitative, de l'extrémité 122a est par exemple représentée en section longitudinale en figure 4B. Cette extrémité 122b comporte un profil externe à trois portions courbes Al, A2 et A3. Deux portions successives Al, A2 et A2, A3 sont tangentes entre elles pour faciliter la pénétration du contact dans le contact d'arc fixe 120. Les portions Al, A2 et A3 ont des rayons de courbure RI, R2 et R3 de centre géométrique respectif 01, 02 et 03. Le rayon de courbure R3 de la portion d'extrémité est inférieur au rayon R2, lui-même inférieur au rayon RI.
Alternativement, le nombre de rayons diffère de trois ou l'extrémité du contact 122 a une forme encore différente.
Dans ce mode de réalisation, le contact d'arc mobile 122 ne porte pas en son extrémité 122a d'écran isolant du type de l'écran 25 même si son ajout est envisageable et conférerait au contact d'arc mobile 122 les mêmes avantages que ceux décrits en référence à la figure 1. Toutefois, la buse isolante 124 est d'épaisseur supérieure à la buse 24. Plus précisément, une partie 124a de la buse 124 enveloppant le contact 120 au-delà de l'extrémité 130 est longitudinalement plus épaisse que la partie 24a afin d'obtenir les mêmes effets de refroidissement de la zone de coupure et de maintien de tenue diélectrique par création d'espèces fluorées et par vaporisation de celles-ci.
La figure 3 illustre un troisième sectionneur 210 dont les organes semblables aux organes du sectionneur 10 portent sur les mêmes références et ne sont pas redécrits.
Le sectionneur 210 comporte un contact d'arc mobile 220, un contact d'arc fixe 222 et une buse isolante 224.
Le contact d'arc mobile 220 s'étend d'une surface de fond 229 située sur la paroi intermédiaire 23a, jusqu'à une extrémité opposée 230. Le contact d'arc mobile 220 est par ailleurs de forme similaire au contact d'arc fixe 120. Le contact 220 délimite une chambre 226. Le contact 220 comporte des doigts 228 et est de forme générale cylindrique dans le sens longitudinal .
Le contact d'arc fixe 222 est ici de forme cylindrique et comporte une extrémité hémisphérique 222a. Comme dans le mode de réalisation décrit en référence à la figure 2, le contact d'arc fixe 222 ne porte pas d'écran isolant du type de l'écran 25 même si son ajout est envisageable (variante non représentée) et conférerait au contact d'arc fixe 222 les mêmes avantages que ceux décrits plus haut. La buse isolante 224 est ici de forme similaire à la buse 124. Plus précisément, une partie 224a de la buse 224 enveloppant le contact d'arc mobile 220 au-delà de l'extrémité 230 est longitudinalement plus épaisse que la partie 24a afin d'obtenir les mêmes effets de refroidissement de la zone de coupure et de maintien de tenue diélectrique par création d'espèces fluorées et par vaporisation de celles-ci. Alternativement, mais non limitativement , l'extrémité hémisphérique 222a peut avantageusement être remplacée par une extrémité de profil semblable ou identique à l'extrémité 122b pour faciliter la pénétration du contact dans le contact d'arc mobile 220.
L' invention vise par ailleurs à couvrir un poste sous enveloppe métallique (PSEM) comportant un sectionneur tel que décrit précédemment.
D'autres variantes structurelles non représentées des modes de réalisation décrits sont possibles sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Sectionneur comportant :
- un contact d'arc fixe (20 ; 120 ; 222) et un contact d'arc mobile (22 ; 122 ; 220),
une buse isolante (24 ; 124 ; 224) enveloppant une partie d'un premier contact d'arc (20 ; 120 ; 220) parmi le contact d'arc fixe (20 ; 120 ; 222) et le contact d'arc mobile (22 ; 122 ; 220) de manière à ce que, lorsqu'un arc électrique se forme lors d'une manœuvre d' ouverture ou de fermeture du sectionneur, la buse isolante (24 ; 124 ; 224) soit au contact de l'arc électrique et subisse une ablation par l'arc électrique,
- un écran (25) étant monté sur le deuxième contact d'arc (22), une pastille isolante (25b) de l'écran (25) étant montée contre une extrémité (22a) du deuxième contact d'arc (22) disposée du côté du premier contact d'arc, la pastille isolante (25b) étant arrangée pour être au contact de l'arc électrique et à en allonger la longueur.
2. Sectionneur selon la revendication précédente, le premier contact d'arc (20 ; 120 ; 220) étant de forme cylindrique creuse et comportant un fond (29 ; 129 ; 229), une portion tubulaire et une extrémité (30 ; 130 ; 230) opposée au fond, la buse isolante (24 ; 124 ; 224) enveloppant au moins une partie de la portion tubulaire et comportant une portion radiale (24a ; 124a ; 224a) disposée en vis-à- vis de ladite extrémité (30 ; 130 ; 230) du premier contact d'arc (20 ; 120 ; 220) .
3. Sectionneur selon la revendication précédente, la buse isolante (24 ; 124 ; 224) ayant une section en forme de U au travers duquel est ménagée une ouverture (32), le deuxième contact d'arc (22 ; 122 ; 222) étant prévu pour être disposé au moins en partie dans une chambre interne (26 ; 126 ; 226) du premier contact d'arc (20 ; 120 ; 220) dans une position fermée du sectionneur et pour être disposé en dehors de la chambre interne (26 ; 126 ; 226) dans une position ouverte du sectionneur) , le deuxième contact franchissant l'ouverture (32) lorsque le sectionneur est manœuvré depuis l'une vers l'autre de ses positions ouverte et fermée.
4. Sectionneur selon l'une des revendications précédentes, la buse isolante (24 ; 124 ; 224) étant réalisée en matériau polymère fluoré pur ou copolymère fluoré pur ou en matériau comportant 70% minimum en masse de polymère fluoré.
5. Sectionneur selon la revendication précédente, la buse isolante (24 ; 124 ; 224) étant réalisée à 70% minimum en masse en polymère fluoré auquel est ajouté au moins une charge solide d'oxyde, de sulfure, de nitrure ou de calcium, par exemple de type MoS2, Si02, BN ou CaF2.
6. Sectionneur selon l'une des revendications précédentes, la pastille isolante (25b) étant réalisée en un matériau polymère fluoré pur ou copolymère fluoré pur ou en un matériau comportant 70% minimum en masse de polymère fluoré.
7. Sectionneur selon la revendication précédente, la pastille isolante (25b) étant réalisée à
70% minimum en masse en polymère fluoré auquel est ajouté au moins une charge solide d'oxyde, de sulfure, de nitrure ou de calcium ou un matériau de type MoS2 ou Si02 ou BN ou CaF2.
8. Sectionneur selon l'une des revendications précédentes, la buse isolante (24 ; 124 ; 224) et le deuxième contact d'arc (22 ; 122 ; 222) délimitant une chambre confinée (26') arrangée pour favoriser la montée en pression et l'extinction de l'arc électrique par soufflage.
9. Sectionneur selon l'une des revendications 1 à 8, le premier contact d'arc (20 ; 120) étant le contact d'arc fixe, le deuxième contact d'arc (22 ; 122) étant le contact d'arc mobile.
10. Sectionneur selon l'une des revendications 1 à 8, le premier contact d'arc (220) étant le contact d'arc mobile, le deuxième contact d'arc (222) étant le contact d'arc fixe.
11. Poste sous enveloppe métallique comportant un sectionneur selon l'une des revendications précédentes.
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