FR2646960A1

FR2646960A1 - AVERAGE VOLTAGE CIRCUIT BREAKER WITH AUTOSOUFFLAGE

Info

Publication number: FR2646960A1
Application number: FR8906199A
Authority: FR
Inventors: Edmond Thuries; Denis Dufournet; Michel Perret
Original assignee: GEC Alsthom SA
Current assignee: Alstom Holdings SA
Priority date: 1989-05-11
Filing date: 1989-05-11
Publication date: 1990-11-16
Anticipated expiration: 2009-05-11
Also published as: FR2646960B1; DE69007531D1; EP0398116A1; ATE103415T1; DE69007531T2; EP0398116B1

Abstract

A medium-voltage circuit-breaker including, inside an envelope filled with a dielectric gas, a cutoff chamber containing a stationary main contact, a moving main contact and a first volume in the vicinity of a stationary arc contact and of a moving arc contact, includes a second volume (V3) adjacent to the said first volume (V2) and associated with means (14B, 16) for placing the said first and second volumes in communication only when the value of the current to be cut off reaches, during a triggering manoeuvre, a given threshold value. Application to medium-voltage circuit-breakers.

Description

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DISJONCTEUR A MOYENNE TENSION A AUTOSOUFFLAGE AVERAGE VOLTAGE CIRCUIT BREAKER WITH AUTOSOUFFLAGE

La présente invention est relative à un disjoncteur à moyenne tension dans lequel l'isolation est assurée par un gaz à bonnes propriétés diélectriques, tel que l'hexafluorure de soufre (SF6), ce même gaz assurant par autosoufflage l'extinction de l'arc qui se forme à The present invention relates to a medium-voltage circuit breaker in which the insulation is provided by a gas with good dielectric properties, such as sulfur hexafluoride (SF6), the same gas ensuring self-blast extinction of the arc who trains himself

l'ouverture du disjoncteur.opening the circuit breaker.

Un tel disjoncteur est connu, par exemple par Such a circuit breaker is known, for example by

l'article de la Revue Brown Boveri 3-87 pages 150 à 156. the Brown Boveri Review article 3-87 pages 150 to 156.

On trouve, dans ce disjoncteur, un volume appelé volume thermique, dans lequel le gaz, chauffé par l'arc, subit une augmentation de pression; au premier passage par zéro du courant alternatif à couper, l'arc diminue In this circuit-breaker, there is a volume called thermal volume, in which the gas, heated by the arc, undergoes an increase in pressure; at the first zero crossing of the alternating current to be cut, the arc decreases

d'intensité et le gaz se détend en venant souffler l'arc. of intensity and the gas relaxes by coming blowing the bow.

l5 Un disjoncteur de ce type présente des inconvénients: - lors de la coupure des faibles courants (par exemple courant d'intensité inférieure à la valeur nominale), la montée en pression peut être insuffisante ou A circuit breaker of this type has drawbacks: when the small currents are switched off (for example, a current of intensity lower than the nominal value), the rise in pressure may be insufficient or

trop importante, selon la dimension du volume thermique. too important, depending on the size of the thermal volume.

Si le volume thermique est important, la montée en pression est faible et le soufflage peut être insuffisant pour couper l'arc au premier passage par zéro du courant; si le volume thermique est faible, la montée en pression est importante, mais la durée du soufflage peut être If the thermal volume is large, the rise in pressure is low and the blowing may be insufficient to cut the arc at the first zero crossing of the current; if the thermal volume is small, the rise in pressure is important, but the duration of the blowing can be

insuffisante pour une bonne efficacité. insufficient for good efficiency.

- lors de la coupure des courants de grande valeur (courant de courtcircuit par exemple), la montée en pression ne doit pas être trop importante, ce qui pourrait entraîner des risques d'endommagement de la chambre de - when switching off large currents (short-circuit current for example), the rise in pressure must not be too high, which could lead to the risk of damage to the chamber.

coupure.cut.

Un but de la présente invention est de réaliser un disjoncteur ayant un fonctionnement sûr et sans danger An object of the present invention is to provide a circuit breaker having a safe and safe operation

pour toutes les valeurs du courant à couper. for all values of the current to be cut.

-2- Ceci est obtenu selon l'invention en dotant le disjoncteur d'un volume thermique variable selon que le This is obtained according to the invention by providing the circuit breaker with a variable thermal volume depending on whether the

courant à couper a une intensité faible ou importante. current to be cut at a low or high intensity.

L'invention a pour objet un disjoncteur à moyenne tension comprenant, à l'intérieur d'une enveloppe remplie d'un gaz diélectrique, une chambre de coupure comportant un contact principal fixe, un contact principal mobile et un premier volume au voisinage d'un contact d'arc fixe et d'un contact d'arc mobile, caractérisé en ce qu'il comprend un second volume adjacent audit premier volume et associé à des moyens pour ne mettre en communication lesdits premier et second volumes que lorsque la valeur du courant à couper atteint, au cours d'une manoeuvre de The subject of the invention is a medium-voltage circuit-breaker comprising, inside a casing filled with a dielectric gas, an interrupting chamber comprising a fixed main contact, a movable main contact and a first volume in the vicinity of a fixed arc contact and a movable arcing contact, characterized in that it comprises a second volume adjacent to said first volume and associated with means for communicating said first and second volumes only when the value of the current to be cut reaches, during a maneuver of

déclenchement, une valeur de seuil donnée. trigger, a given threshold value.

L'invention est expliquée en détail par la The invention is explained in detail by the

description donnée ci-après de plusieurs modes de description given below of several modes of

réalisation, en référence au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est une vue schématique en demi-coupe axiale d'un disjoncteur selon un mode préféré de réalisation de l'invention, représenté en position enclenchée, - la figure 2 est une vue du même disjoncteur au cours d'une manoeuvre de déclenchement pour la coupure d'un courant de faible intensité, - la figure 3 est une vue du même disjoncteur au cours d'une manoeuvre de déclenchement pour la coupure embodiment, with reference to the appended drawing in which: - Figure 1 is a schematic axial half-sectional view of a circuit breaker according to a preferred embodiment of the invention, shown in the engaged position, - Figure 2 is a view. of the same circuit-breaker during a trip maneuver for cutting a current of low intensity, - Figure 3 is a view of the same circuit-breaker during a trip maneuver for breaking

d'un courant de forte intensité.a current of high intensity.

Dans la figure 1, on distingue une enveloppe cylindrique isolante 1 d'axe xx, fermée à une première extrémité par une coquille métallique 2. La seconde In Figure 1, there is an insulating cylindrical casing 1 of axis xx, closed at one end by a metal shell 2. The second

extrémité de l'enveloppe n'a pas été représentée. end of the envelope was not shown.

L'enveloppe est réalisée de manière étanche et est remplie d'un gaz à bonnes propriétés diélectriques, tel que l'hexafluorure de soufre (SF6), sous une pression de quelques bars. Une première prise de courant 3 traverse -3 - l'enveloppe et est reliée à une pièce cylindrique 4, d'axe The envelope is made in a sealed manner and is filled with a gas with good dielectric properties, such as sulfur hexafluoride (SF6), under a pressure of a few bars. A first socket 3 cross -3 - the casing and is connected to a cylindrical part 4, axis

xx, constituant le contact principal fixe du disjoncteur. xx, constituting the fixed main contact of the circuit breaker.

Une seconde prise 5 du disjoncteur traverse l'enveloppe de manière étanche, et est en contact électrique, aux moyen de contacts glissants 6, avec une tige métallique 7, d'axe xx, constituant le contact d'arc mobile du disjoncteur. La tige 7 est munie, à une première extrémité, d'une pièce d'usure 7A réalisée en un matériau résistant bien aux effets destructeurs de l'arc A second socket 5 of the circuit breaker passes through the envelope in a sealed manner, and is in electrical contact, by means of sliding contacts 6, with a metal rod 7, of axis xx, constituting the moving arc contact of the circuit breaker. The rod 7 is provided, at a first end, with a wear part 7A made of a material resistant to the destructive effects of the arc

l0 électrique, par exemple en un alliage à base de tungstène. 10, for example a tungsten-based alloy.

L'autre extrémité de la tige 7 est articulée à une tringle de manoeuvre 8 réalisée en un matériau isolant. A la tige 7 est fixée une couronne de doigts de contact 9, constituant le contact principal mobile du disjoncteur, et coopérant, lorsque le disjoncteur est fermé (cas de la figure 1), avec la pièce tubulaire 4 pour le passage du courant permanent. Les doigts 9 sont fixés au tube 7 par une couronne 10, venue d'usinage avec le tube, et munie de d'orifices 11 pour ne pas gêner les mouvements du gaz lors des manoeuvre de ce dernier, comme il sera expliqué plus loin. De même, la prise 5 qui, à l'intérieur de l'enveloppe, prend la forme d'une couronne, est munie The other end of the rod 7 is articulated to an operating rod 8 made of an insulating material. At the rod 7 is fixed a ring of contact fingers 9, constituting the movable main contact of the circuit breaker, and cooperating, when the circuit breaker is closed (case of Figure 1), with the tubular part 4 for the passage of the permanent current. The fingers 9 are fixed to the tube 7 by a ring 10, coming machining with the tube, and provided with orifices 11 so as not to hinder the movements of the gas during the maneuvering thereof, as will be explained below. Similarly, the socket 5 which, inside the envelope, takes the form of a crown, is provided

d'orifices 12.of holes 12.

On désignera dans la suite par V1 le volume délimité, à l'intérieur de l'enveloppe 1, par les prises 3 Hereinafter denoted by V1 the defined volume, inside the envelope 1, by the sockets 3

et 5 et le tube7.and 5 and the tube7.

Une couronne de doigts 14, terminés chacun par une pastille d'usure 14A, est fixée au sommet 15 de la coquille, et constitue le contact d'arc mobile du disjoncteur. Lorsque le disjoncteur est en position enclenchée comme c'est le cas dans la figure 1, les contacts 15 et le tube 7 délimitent un volume V2; ce volume est fermé par un clapet tubulaire 16 d'axe xx, coopérant avec une pièce -4- tubulaire isolante 17, solidaire des doigts de contact 14 et glissant de manière étanche, grâce à un segment d'étanchéité 17A, sur le tube 7. Le clapet tubulaire 16 peut se déplacer parallèlement à l'axe xx, et est rappelé par un ressort 18 qui s'appuie sur une chemise 20 en matériau isolant qui épouse la forme de la coquille 2 et constitue avec celle-ci un passage 21 communiquant avec le volume Vl par des ouvertures 22 de la prise 3. La pièce 20 possède une partie massive 20A, formant buse de soufflage, en contact avec le tube 7; la pièce 20 délimite à son intérieur un volume V3 qui peut communiquer avec le volume V2, lorsque le clapet 16 est ouvert, par des trous 14B pratiqués dans les doigts 14; le volume V3 communique avec le volume V2, lorsque la tige 7 est tirée vers la droite de la figure, par le passage 24 entre les pièces 17 et 20A; enfin le volume V2 communique avec le passage 21, lorsque le clapet 16 est poussé vers la gauche de la A ring of fingers 14, each terminated by a wear pad 14A, is attached to the top 15 of the shell, and constitutes the moving arc contact of the circuit breaker. When the circuit breaker is in the engaged position as is the case in Figure 1, the contacts 15 and the tube 7 define a volume V2; this volume is closed by a tubular valve 16 of axis xx, cooperating with an insulating tubular part 17, integral with the contact fingers 14 and sealingly sliding, thanks to a sealing segment 17A, on the tube 7 The tubular valve 16 can move parallel to the axis xx, and is recalled by a spring 18 which rests on a jacket 20 of insulating material which matches the shape of the shell 2 and constitutes therewith a passage 21 communicating with the volume Vl through openings 22 of the outlet 3. The part 20 has a solid portion 20A, forming a blast nozzle, in contact with the tube 7; the part 20 delimits in its interior a volume V3 which can communicate with the volume V2, when the valve 16 is open, through holes 14B made in the fingers 14; the volume V3 communicates with the volume V2, when the rod 7 is drawn to the right of the figure, through the passage 24 between the parts 17 and 20A; finally the volume V2 communicates with the passage 21, when the valve 16 is pushed to the left of the

figure, par des trous 16A pratiqués dans ce clapet. figure, through holes 16A made in this valve.

Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant: Lorsque le disjoncteur est enclenché, dans la position représentée dans la figure 1, le courant traverse successivement la prise 3, le contact principal fixe 4, les doigts de contact 9, le tube 7, les contacts glissants The operation of the circuit-breaker is as follows: When the circuit-breaker is switched on, in the position represented in FIG. 1, the current passes successively through the tap 3, the fixed main contact 4, the contact fingers 9, the tube 7, the sliding contacts

6 et la prise 5.6 and the socket 5.

Coupure des très faibles courants Il s'agit des courants dont l'intensité est inférieure ou de l'ordre de 5% de la valeur maximale Very weak currents are cut Currents whose intensity is lower or about 5% of the maximum value

pouvant être coupée par l'appareil. can be cut off by the device.

Pour ouvrir le disjoncteur, la tringle de manoeuvre 8 est actionnée par un mécanisme non représenté mais classique dans la technique des disjoncteurs; la tringle se déplace vers la droite de la figure et entraîne le contact d'arc mobile 7. Les contacts principaux 4 et 9 se séparent, et le courant passe alors par la coquille 2,1a pièce 15, les doigts 14, le tube 7, les Contacts 6 et la To open the circuit breaker, the operating rod 8 is actuated by a mechanism not shown but conventional in the art of circuit breakers; the rod moves to the right of the figure and causes the movable arcing contact 7. The main contacts 4 and 9 separate, and the current then passes through the shell 2.1a piece 15, the fingers 14, the tube 7 , Contacts 6 and the

prise 5.taken 5.

A la séparation des contacts d'arc 14 et 7 (figure 2), un arc de faible énergie jaillit entre eux; le déplacement du contact 7 provoque une dépression dans le volume V2 qui reste fermé car le clapet 16 reste fermé; quand l'extrémité du contact mobile dépasse le segment 17A, un petit soufflage, par déplacement du gaz de V3 vers At the separation of the arcing contacts 14 and 7 (Figure 2), a low energy arc springs between them; the displacement of the contact 7 causes a depression in the volume V2 which remains closed because the valve 16 remains closed; when the end of the movable contact exceeds the segment 17A, a small blow, by moving the gas from V3 to

V2 éteint l'arc.V2 turns off the arc.

Coupure des courants de valeur moyenne Il s'agit des courants dont l'intensité est comprise entre 20 et 30% de la valeur maximale du courant qu'il est Cutting currents of average value These currents whose intensity is between 20 and 30% of the maximum value of the current it is

possible de couper avec l'appareil.possible to cut with the device.

La montée en pression dans le volume V2 est encore insuffisante pour déplacer le clapet 16; mais elle permet un petit soufflage de l'arc par déplacement du gaz de V2 vers Vl, lorsque l'extrémité du tube 7 dépasse le segment 16A, puis de V2 vers V1, lorsque l'extrémité du tube 7 The rise in pressure in the volume V2 is still insufficient to move the valve 16; but it allows a small blow of the arc by displacement of the gas V2 to V1, when the end of the tube 7 exceeds the segment 16A, then V2 to V1, when the end of the tube 7

dépasse la buse 20A.exceeds the nozzle 20A.

Coupure des courants de grande valeur Cutting high value currents

Il s'agit des courants de court-circuit. These are the short-circuit currents.

Lorsque l'arc jaillit entre les contacts d'arc, la pression dans le volume V2 augmente très fortement, car l'arc a une énergie très importante. Cette augmentation de pression provoque le déplacement vers la gauche du clapet 16, contre l'action du ressort 18 (figure 3). Cette ouverture du clapet 16 a pour premier effet de mettre en communication, par les orifices 14B, les volumes V2 et V3, ce qui évite une montée en pression à une valeur excessive. Une partie de l'énergie thermique créée dans le volume V2 passe ainsi dans le volume V3 dont la pression augmente. Au premier passage par zéro du courant, le gaz du volume V2 se détend et vient lécher le contact 14A, à l'une des racines de l'arc; lorsque le contact 7 dépasse la buse 20A, le gaz du volume V3 s'échappe par le passage -6 - 24, vient lécher le contact 7A, à l'autre racine de l'arc et s'évacue par les trous 16A et la buse 20A. On voit donc que l'appareil permet un double soufflage de l'arc pour la coupure des forts courants, ce qui est une garantie d'efficacité. On notera que les orifices 11 et 12, de large section, autorisent une libre circulation du gaz à l'intérieur de l'appareil, ce qui favorise un brassage assurant la régénération du pouvoir diélectrique après When the arc springs between the arcing contacts, the pressure in the volume V2 increases very strongly, because the arc has a very important energy. This increase in pressure causes the displacement to the left of the valve 16, against the action of the spring 18 (Figure 3). This opening of the valve 16 has the first effect of communicating through the orifices 14B, the volumes V2 and V3, which avoids an increase in pressure to an excessive value. Part of the thermal energy created in the volume V2 thus passes in the volume V3 whose pressure increases. At the first zero crossing of the current, the gas of the volume V2 relaxes and licks the contact 14A, at one of the roots of the arc; when the contact 7 exceeds the nozzle 20A, the volume V3 gas escapes through the passage -6 - 24, just lick the contact 7A, the other root of the arc and is evacuated by the holes 16A and the nozzle 20A. We see that the device allows a double blowing of the arc for the breaking of strong currents, which is a guarantee of efficiency. It will be noted that the openings 11 and 12, of large section, allow a free flow of gas inside the apparatus, which promotes a stirring ensuring the regeneration of the dielectric power after

chaque manoeuvre.every maneuver.

Grâce aux dispositions de l'invention, la coupure du courant est assurée pour toutes les valeurs du courant à couper. La construction de révolution permet un réglage Thanks to the provisions of the invention, the power cut is ensured for all the values of the current to be cut. Revolution construction allows adjustment

et une maintenance aisés.and easy maintenance.

L'invention s'applique aux disjoncteurs à moyenne The invention applies to medium circuit breakers

tension, par exemple comprise entre 3 et 45 kilovolts. voltage, for example between 3 and 45 kilovolts.

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Claims

1 / Medium-voltage circuit breaker comprising, within a casing filled with a dielectric gas, a breaking chamber comprising a fixed main contact, a movable main contact and a first volume in the vicinity of an arc contact fixed and a movable arcing contact, characterized in that it comprises a second volume (V3) adjacent to said first volume (V2) and associated with means (14B, 16) for not communicating said first ta and second volumes only when the value of the current to be cut reaches, during a triggering maneuver,

a given threshold value.

2 / circuit breaker according to claim 1 characterized in that it comprises a movable arcing contact consisting of a metal rod (7) and a fixed arcing contact consisting of contact fingers, the first volume (V2) being delimited by said contact fingers, said rod and a workpiece

tubular insulator (17) integral with said fingers.

3 / circuit breaker according to claim 2, characterized in that said second volume (V3) is delimited by a jacket (20) surrounding said arcing contacts and said insulating tubular member (17), said first and said second volume being in communication by holes (14B) formed in said contact fingers, said holes being closable by a valve (16) biased by a spring (18). 4 / circuit breaker according to claim 3, characterized in that said liner (20) defines, with said casing (2), a passage (21) communicating, when said flap is open, said first volume (V2) and the second volume (V3) with the remainder of the envelope (Vl), said passage allowing a first blowing of the arc on

the fixed arc contact.

Circuit breaker according to claim 3, characterized in that said second volume (V3) is in communication with said first volume (V2) by second passages (24), allowing a second blowing of the arc on the contact.

moving bow.

6 / circuit breaker according to one of claims 3 to 5,

characterized in that said valve (16) is actuated by the pressure in said first volume (V2), a function of the

value of the intensity of the current to be cut.