FR2553926A1 - High-voltage circuit breaker with closure resistors - Google Patents
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Abstract
Description
DISJONCTEUR HAUTE-TENSION A RESISTANCES DE FERMETURE
L'invention est relative à un disjoncteur électrique à haute tension comprenant une paire de contacts principaux séparables, une paire de contacts séparables d'in- sertion d'une résistance a' la fermeture des contacts principaux et un mécanisme de commande commun auxdits contacts pour fermer les contacts d'insertion un court instant avant les contacts principaux, les contacts de ladite paire de contacts d'insertion étant l'un fixe et l'autre mobile et chacun pourvu d'un écran de répartition de champ.HIGH-VOLTAGE CIRCUIT BREAKER WITH CLOSING RESISTORS
The invention relates to a high voltage electric circuit breaker comprising a pair of separable main contacts, a pair of separable contacts for inserting a resistance to closing of the main contacts and a control mechanism common to said contacts for close the insertion contacts a short time before the main contacts, the contacts of said pair of insertion contacts being one fixed and the other mobile and each provided with a field distribution screen.
Les contacts principaux du disjoncteur sont shuntés par le circuit comprenant en série la résistance de fermeture et les contacts d'insertion, lesquels sont commandés en synchronisme des contacts principaux pour se fermer un court instant avant les contacts principaux et limiter les surtensions. Au cours d'une manoeuvre de fermeture les contacts d'insertion se ferment en premier pour établir le circuit à travers la résistance de fermeture et le courant est commuté dans le circuit principal dès la fermeture des contacts principaux.The main contacts of the circuit breaker are shunted by the circuit comprising in series the closing resistance and the insertion contacts, which are controlled in synchronism with the main contacts to close a short time before the main contacts and limit overvoltages. During a closing operation, the insertion contacts close first to establish the circuit through the closing resistor and the current is switched in the main circuit as soon as the main contacts are closed.
Dans les disjoncteurs la vitesse de déplacement des contacts est très rapide, de plusieurs mètres par seconde, pour permettre la coupure de courants importants et la durée de l'arc est faible. On comprend que la durée d'insertion de la résistance de fermeture doit être suffisamment longue pour l'établissement d'un courant limité dans la ligne avant la fermeture des contacts principaux et que cette résistance doit être capable de supporter ce courant pendant cette durée.In circuit breakers the speed of movement of the contacts is very fast, several meters per second, to allow breaking of large currents and the duration of the arc is short. It is understood that the duration of insertion of the closing resistance must be long enough for the establishment of a limited current in the line before the closing of the main contacts and that this resistance must be able to withstand this current during this period.
La présente invention part de la constatation que les inséreurs conventionnels ne maîtrisent pas avec précision la durée d'insertion de la résistance et elle a pour but de réaliser un disjoncteur ayant un disno- sitif d'insertion de résistance parfaitement adapté à sa fonction capable de satisfaire à des temps d'insertion de résistance précis.The present invention starts from the observation that conventional inserters do not precisely control the duration of insertion of the resistor and its aim is to produce a circuit breaker having a resistor insertion device perfectly suited to its function capable of meet specific resistance insertion times.
Le disjoncteur selon l'invention est caractérisé par le fait que ledit écran associé au contact fixe d'insertion est lui-même fixe, tandis que l'écran associé au contact mobile d'insertion est semi-mobile, en étant commandé pour venir en une position intermédiaire avec le contact mobile d'insertion à la fin de la première phase de la course de fermeture des contacts d'insertion et rester dans cette position intermédiaire pendant la deuxième phase de fermeture, ladite position intermédiaire correspondant à un écartement critique pour réaliser un claquage entre les contacts d'insertion dès le dépassement de cette position intermédiaire par le contact mobile d'insertion, lequel contact venant en saillie de l'écran perturbe la répartition de champ.The circuit breaker according to the invention is characterized in that said screen associated with the fixed insertion contact is itself fixed, while the screen associated with the mobile insertion contact is semi-mobile, being controlled to come in an intermediate position with the movable insertion contact at the end of the first phase of the closing stroke of the insertion contacts and remain in this intermediate position during the second closing phase, said intermediate position corresponding to a critical distance to achieve a breakdown between the insertion contacts as soon as this intermediate position is exceeded by the movable insertion contact, which contact projecting from the screen disturbs the field distribution.
L'écran semi-mobile définit avec précision l'instant d'amorçage de l'arc entre les contacts d'insertion et en conséquence la durée d'insertion de la résistance, laquelle peut ainsi être optimisée.The semi-mobile screen precisely defines the moment of ignition of the arc between the insertion contacts and consequently the duration of insertion of the resistor, which can thus be optimized.
On connait déjà un sectionneur de mise à la terre d'un poste blindé dont le contact mobile est doté d'un répartiteur de champ semi-mobile. Un tel sectionneur assure une connexion d'un conducteur à la terre pour permettre, par exemple, une intervention sur l'installation.There is already known an earthing switch of an armored substation whose mobile contact is provided with a semi-mobile field distributor. Such a disconnector ensures a connection of a conductor to earth to allow, for example, intervention on the installation.
Pour limiter la durée d'un arc apparaissant lors d'une fermeture sous tension, l'écran de repartition de champ associé au contact mobile accompagne ce dernier dans son déplacement en retardant au maximum le claquage diélectrique engendrant l'arc. Ce claquage intervient entre les contacts ou entre les écrans de répartition de champ et tout risque de propagation de l'arc, notamment sur l'enveloppe au potentiel de la terre, est exclu, la durée de l'arc étant suffisamment courte malgré la vitesse lente de déplacement du contact.To limit the duration of an arc appearing during a closing under voltage, the field distribution screen associated with the mobile contact accompanies the latter in its movement by delaying as much as possible the dielectric breakdown generating the arc. This breakdown occurs between the contacts or between the field distribution screens and any risk of propagation of the arc, in particular on the envelope at ground potential, is excluded, the duration of the arc being sufficiently short despite the speed slow movement of the contact.
Selon un développement de l'invention, le contact mobile d'insertion et l'écran associé sont reliés par un mécanisme à billes qui verrouille pendant la première phase de fermeture l'écran au contact mobile pour un déplacement conjoint et pendant la deuxième phase à une pièce fixe en rompant la liaison avec le contact mobile qui poursuit seul sa course de fermeture.According to a development of the invention, the mobile insertion contact and the associated screen are connected by a ball mechanism which locks the screen during the first closing phase to the mobile contact for joint movement and during the second phase to a fixed part by breaking the link with the movable contact which continues its closing stroke alone.
A l'ouverture le contact mobile reprend au passage l'écran et le ramène en position d'ouverture à une distance suffisante du contact fixe.Upon opening, the moving contact resumes passing the screen and returns it to the open position at a sufficient distance from the fixed contact.
Le dispositif selon l'invention est particulièrement avantageux pour des disjoncteurs haute-tension, par exemple de 525 KV et il est applicable à des disjoncteurs ouverts du genre décrit ci-dessous et à des disjoncteurs blindés.The device according to the invention is particularly advantageous for high-voltage circuit breakers, for example 525 KV and it is applicable to open circuit breakers of the type described below and to shielded circuit breakers.
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 est un-e vue schématique partiellement en
coupe d'un disjoncteur selon l'invention
- la figure 2 est une vue de détail à échelle agrandie
de la figure 1 montrant les contacts d'insertion en
position d'ouverture
- les figures 3 et 4 sont de vues analogues à celle de
la figure 1 montrant les contacts d'insertion respec
tivement en position intermédiaire et en position de
fermeture.Other advantages and characteristics will emerge more clearly from the following description of an embodiment of the invention given by way of nonlimiting example and shown in the accompanying drawings in which
- Figure 1 is a schematic view partially in
section of a circuit breaker according to the invention
- Figure 2 is a detail view on an enlarged scale
of figure 1 showing the insertion contacts in
open position
- Figures 3 and 4 are views similar to that of
Figure 1 showing the respective insertion contacts
tively in the intermediate position and in the
closing.
Sur les figures un pôle d'un disJoncteur haute tension à autosoufflage comprend deux chambres de coupure 12, 14 fixées au sommet d'un isolateur support 10 par un carter 16. Les tiges 18, 20 de commande des contacts principaux (non représentés) des chambres 12, 14 sont reliées par des biellettes 22,24 à un mécanisme 26, commandépar une tige 28 s'étendant dans l'isolateur 10. A chaque chambre de coupure 12, 14 est associée une chambre d'insertion de résistance 30, 32 dans laquelle sont logées en série des résistances 34, 36 et une paire de contacts d'insertion 39, 40. Des biellettes 38, 41 relient les contacts mobiles 40 d'insertion au mécanisme 26 et un conducteur 42 connecte électriquement en parallèle la chambre de coupure 14 et la chambre 30 associée de résistance.Un tel disjoncteur est bien connu, par exemple par le brevet fran çais nO 2309028, et il suffit de rappeler qu'une manoeuvre de fermeture, commandée par un coulissement vers-le haut de la tige 28 dans le sens de la flèche F, provoque un déplacement dans le sens des flèches F 1 et F2 des tiges de commande 18, 20 ; 38, 41 pour fermer en un premier temps les contacts d'insertion 39, 40 et en un deuxième temps les contacts principaux. L'insertion préalable des résistances 34,36 limite les surtensions à la fermeture.In the figures, a pole of a high-voltage self-blowing circuit breaker comprises two breaking chambers 12, 14 fixed to the top of a support insulator 10 by a casing 16. The rods 18, 20 for controlling the main contacts (not shown) of the chambers 12, 14 are connected by connecting rods 22,24 to a mechanism 26, controlled by a rod 28 extending in the insulator 10. Each breaking chamber 12, 14 is associated with a resistance insertion chamber 30, 32 in which resistors 34, 36 and a pair of insertion contacts 39, 40 are housed in series. Rods 38, 41 connect the movable insertion contacts 40 to the mechanism 26 and a conductor 42 electrically connects the cut-off 14 and the associated resistance chamber 30. Such a circuit breaker is well known, for example by French patent No. 2309028, and it suffices to recall that a closing maneuver, controlled by sliding up the rod 28 in the direction of arrow F , causes a displacement in the direction of arrows F 1 and F2 of the control rods 18, 20; 38, 41 to close the insertion contacts 39, 40 first and secondly the main contacts. The prior insertion of resistors 34, 36 limits overvoltages on closing.
En se référant plus particulièrement aux figures 2 à 4 on voit que le contact mobile d'insertion 40 en forme de tige coulissante est entouré d'un écran 44 de répartition de champ en forme de capot coiffant l'extrémité 46 du contact 40. L'écran 44 est porté par un manchon 48, enfilé et monté à coulissement sur le contact 40. Le contact fixe 39 est coiffé d'un écran 50 fixe de répartition de champ similaire à l'écran 44.Referring more particularly to FIGS. 2 to 4, it can be seen that the movable insertion contact 40 in the form of a sliding rod is surrounded by a screen 44 for distributing the field in the form of a hood covering the end 46 of the contact 40. L the screen 44 is carried by a sleeve 48, threaded and mounted to slide on the contact 40. The fixed contact 39 is capped with a fixed screen 50 for field distribution similar to the screen 44.
L'ensemble contact mobile 40 et écran 44 est supporté par une partie fixe 52 en forme de douille 60 et est susceptible de coulisser en direction du contact fixe 39.The mobile contact 40 and screen 44 assembly is supported by a fixed part 52 in the form of a socket 60 and is capable of sliding in the direction of the fixed contact 39.
Le manchon 48 présente des logements d'une ou de plusieurs billes 54 de verrouillage, réparties sur la circonférence du manchon 48 et susceptibles de s'engager soit dans une rainure 56, ménagée sur le pourtour externe du contact mobile 40, soit dans une rainure interne 58 de la partie fixe 52 pour solidariser le manchon 48 respectivement au contact 40 et à la partie fixe 52.The sleeve 48 has housings of one or more locking balls 54, distributed around the circumference of the sleeve 48 and capable of engaging either in a groove 56, formed on the outer periphery of the movable contact 40, or in a groove internal 58 of the fixed part 52 to secure the sleeve 48 respectively to the contact 40 and to the fixed part 52.
Dans la position d'ouverture des contacts d'insertion 39,40, représentée à-la figure 2, l'extremité 46 du contact affleure ou est en faible retrait de l'écran 44 à une distance suffisante du contact fixe 39 pour assurer l'isolation. Les billes 54 sont engagées daps la rainure 56 du contact 40 et sont maintenues dans cette position de liaison de l'écran 44 et du contact 40 par la paroi interne cylindrique de la douille 60 de la partie fixe 52 entourant le manchon 48 à faible jeu. Un coulissement, vers la droite sur la figure 2 de la tige 38, provoque le déplacement du contact 40 en direction de fermeture l'écran 44, accouplé par les billes 54, accompagnant le contact 40 dans sa course. Dans la position intermédiaire, représentée à la figure 3, un collet 62 du manchon 48 vient en butée du rebord 64 de la rainure 58 de la partie fixe 52 et bloque le déplacement de l'écran 44 en direction de fermeture des contacts d'insertion 39, 40. Les billes 54 sont en regard de la rainure 58 et lors d'un mouvement poursuivi du contact 40, elles sont repoussées hors de la rainure 56 et elles s'engagent dans la rainure 58 pour verrouiller l'écran 44 dans la position intermédiaire, tandis que le contact 40 vient coopérer avec le contact fixe 39 en position de fermeture représentée à la figure 4.Lors d'une manoeuvre d'ouverture des contacts d'insertion 39, 40 le contact mobile 40 vient dans la position intermédiaire où une butée 66 du contact 40 vient au contact d'un rebord 68 du manchon 48 pour entrainer ce dernier et l'écran 44 associé en direction d'ouverture.In the open position of the insertion contacts 39.40, shown in FIG. 2, the end 46 of the contact is flush or is slightly recessed from the screen 44 at a sufficient distance from the fixed contact 39 to ensure the 'insulation. The balls 54 are engaged in the groove 56 of the contact 40 and are held in this position of connection of the screen 44 and of the contact 40 by the cylindrical internal wall of the sleeve 60 of the fixed part 52 surrounding the sleeve 48 with low clearance A sliding, to the right in FIG. 2, of the rod 38, causes the contact 40 to move in the closing direction of the screen 44, coupled by the balls 54, accompanying the contact 40 in its travel. In the intermediate position, shown in Figure 3, a collar 62 of the sleeve 48 abuts the rim 64 of the groove 58 of the fixed part 52 and blocks the movement of the screen 44 in the closing direction of the insertion contacts 39, 40. The balls 54 are opposite the groove 58 and during a continued movement of the contact 40, they are pushed out of the groove 56 and they engage in the groove 58 to lock the screen 44 in the intermediate position, while the contact 40 comes to cooperate with the fixed contact 39 in the closed position shown in FIG. 4. During an opening operation of the insertion contacts 39, 40 the movable contact 40 comes in the intermediate position where a stop 66 of the contact 40 comes into contact with a flange 68 of the sleeve 48 to drive the latter and the screen 44 associated in the opening direction.
Dans la position intermédiaire (fig. 3) les billes 54 sont en regard de la rainure 56 et elles sont repoussées dans cette rainure 56 au cours du mouvement poursuivi de l'ensemble contact 40, écran 44.In the intermediate position (fig. 3) the balls 54 are opposite the groove 56 and they are pushed back into this groove 56 during the continued movement of the contact assembly 40, screen 44.
Le système à billes susmentionné assure un positionnement précis de l'écran 44 pour toute position du contact mobile 40.The aforementioned ball system ensures precise positioning of the screen 44 for any position of the movable contact 40.
La position intermédiaire, selon la figure 3, correspond à une position critique en ce sens que dans cette position tout risque d'amorçage entre les contacts d'insertion 39, 40 est exclu, mais l'intensité du champ est proche de la valeur disruptive qui est atteinte dès que le contact 40 vient en saillie de l'écran 44. Les résistances 34, 36 sont insérées dès l'amorçage de l'arc entre les contacts d'insertion 39, 40 et elles restent sous charge jusqu'à la fermeture des contacts principaux dans la chambre 14 qui shuntent la chambre 30 d'insertion de résistances.The intermediate position, according to FIG. 3, corresponds to a critical position in the sense that in this position any risk of priming between the insertion contacts 39, 40 is excluded, but the field strength is close to the disruptive value which is reached as soon as the contact 40 projects from the screen 44. The resistors 34, 36 are inserted as soon as the arc strikes between the insertion contacts 39, 40 and they remain under load until the closing of the main contacts in the chamber 14 which bypass the chamber 30 for inserting resistors.
Cette durée d'insertion est bien définie et les résistances 34, 36 peuvent être dimensionnées en conséquence. Le dispositif de verrouillage par billes 54 assure un déplacement positif de l'écran 44 dont la position est toujours parfaitement définie.This insertion time is well defined and the resistors 34, 36 can be dimensioned accordingly. The ball locking device 54 ensures positive displacement of the screen 44, the position of which is always perfectly defined.
Le fonctionnement des contacts d'insertion de la chambre 32 est identique et il est inutile de le décrire.The operation of the insertion contacts of chamber 32 is identical and there is no need to describe it.
écran semi-mobile 44 présente de plus l'avantage d'éviter un reclaquage dans la chambre d'insertion 30 en cas de réouverture immédiate des contacts principaux, les contacts d'insertion 39, 40 n'étant pas encore revenus à leur position d'origine. semi-movable screen 44 also has the advantage of avoiding reclapling in the insertion chamber 30 in the event of immediate reopening of the main contacts, the insertion contacts 39, 40 having not yet returned to their position d 'origin.
L'invention est bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre plus particulièrement décrit. The invention is of course in no way limited to the embodiment more particularly described.
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