FR2706073A1

FR2706073A1 - Circuit breaker with double arc extension for breaking currents with a large DC component.

Info

Publication number: FR2706073A1
Application number: FR9306661A
Authority: FR
Inventors: Pham Van Doan; Martin Joseph
Original assignee: GEC Alsthom T&D SA
Current assignee: Grid Solutions SAS
Priority date: 1993-06-03
Filing date: 1993-06-03
Publication date: 1994-12-09
Anticipated expiration: 2013-06-03
Also published as: FR2706073B1; EP0627751A1

Abstract

Disjoncteur à isolation et soufflage par gaz à bonnes propriétés diélectriques comprenant pour chaque pôle au moins une enveloppe isolante étanche remplie dudit gaz sous pression, et contenant un ensemble fixe comprenant un contact pour le passage du courant permanent et un contact d'arc, et un ensemble mobile actionné par une tringle isolante traversant de manière étanche une paroi de ladite enveloppe, ledit ensemble mobile comprenant en outre un contact pour le passage du courant permanent, un contact d'arc, un cylindre de soufflage comportant un piston de soufflage, et une buse de soufflage, caractérisé en ce que les contacts d'arc fixe (50, 51) et mobile (14, 57, 60) sont réalisés de manière qu'au moins une portion de ceux-ci soit traversée par le courant en sens inverse du courant d'arc.Circuit breaker with insulation and gas blowing with good dielectric properties comprising for each pole at least one sealed insulating casing filled with said pressurized gas, and containing a fixed assembly comprising a contact for the passage of the permanent current and an arcing contact, and a movable assembly actuated by an insulating rod sealingly passing through a wall of said casing, said movable assembly further comprising a contact for the passage of permanent current, an arcing contact, a blowing cylinder comprising a blowing piston, and a blowing nozzle, characterized in that the fixed (50, 51) and movable (14, 57, 60) arcing contacts are made so that at least a portion of them is crossed by the current in the opposite direction arc current.

Description

Disjoncteur & double allongement d'arc pour la coupure des courants àCircuit breaker & double arc extension for breaking current at

grande composante continue La présente invention concerne la coupure des courants à grande composante continue, que l'on rencontre par exemple dans les réseaux alternatifs à haute tension à compensation série, lors de l'apparition de certains types de défauts. La Large DC component The present invention relates to the breaking of currents with a large DC component, which is encountered, for example, in high-voltage AC networks with series compensation, when certain types of faults appear. The

présence de la composante continue peut entraîner le non passage par zéro du courant, pendant plusieurs périodes. Il est alors difficile de couper le courant par des10 disjoncteurs à hexafluorure de soufre (SF6) classiques. presence of the DC component can cause the current to pass through zero for several periods. It is therefore difficult to cut off the power using conventional sulfur hexafluoride (SF6) circuit breakers.

Il est bien connu que pour remédier à cet inconvénient, il faut, par un moyen convenable, augmenter la It is well known that to remedy this drawback, it is necessary, by suitable means, to increase the

tension d'arc; une tension d'arc élevée permet en effet d'absorber l'énergie de la composante continue du courant et15 de la faire tendre vers zéro. arc voltage; a high arc voltage indeed makes it possible to absorb the energy of the direct component of the current and to make it tend towards zero.

Il a été proposé d'utiliser une chambre de coupure à fusibles permanents en série avec un disjoncteur haute It has been proposed to use a permanent fuse breaking chamber in series with a high circuit breaker

tension classique. La fusion des fusibles, lors d'une opération de déclenchement sur défaut, produit une très20 forte tension d'arc qui fait décroître très rapidement la composante continue du courant de défaut. classic tension. The melting of the fuses, during a fault tripping operation, produces a very high arc voltage which very rapidly decreases the DC component of the fault current.

Il a été proposé d'utiliser une chambre de coupure à haute pression munie de moyens pour créer plusieurs arcs en série, et on pourra se référer au document FR-A-9111756.25 Ces solutions nécessitent l'emploi d'appareils nouveaux. Un but de la présente invention est de réaliser un disjoncteur capable de créer une forte tension d'arc, en utilisant les disjoncteurs à SF6 existant sur le marché, moyennant une modification mineure et de faible coût;30 L'idée de base est de configurer les contacts d'arc de manière qu'ils soient traversés par le courant, dans au moins une partie de leur longueur, en sens inverse du courant d'arc. De la sorte, sur chacun de ces contacts, une boucle de courant est créée, qui, en vertu de la loi de35 Lenz, a tendance à s'agrandir, de sorte que les racines de l'arc sont repoussées loin des extrémités des contacts d'arc. L'arc est ainsi doublement allongé ce qui, comme on l'a expliqué plus haut, favorise la disparition de la composante continue du courant. L'invention a ainsi pour objet un disjoncteur tel que It has been proposed to use a high pressure interrupting chamber provided with means for creating several arcs in series, and reference may be made to document FR-A-9111756.25 These solutions require the use of new devices. An object of the present invention is to provide a circuit breaker capable of creating a high arc voltage, using the SF6 circuit breakers existing on the market, with a minor modification and at low cost; the basic idea is to configure the arcing contacts so that they are traversed by the current, in at least part of their length, in the opposite direction to the arcing current. In this way, on each of these contacts, a current loop is created, which, by virtue of Lenz law, tends to enlarge, so that the roots of the arc are pushed away from the ends of the contacts. arc. The arc is thus doubly elongated which, as explained above, promotes the disappearance of the DC component of the current. The subject of the invention is therefore a circuit breaker such as

décrit dans les revendications.described in the claims.

L'invention est maintenant expliquée en détail par la description d'un exemple de réalisation, en référence au The invention is now explained in detail by the description of an exemplary embodiment, with reference to

dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est un diagramme montrant les variations d'un courant alternatif à grande composante continue, - la figure 2 est une vue schématique en coupe axiale d'une chambre de coupure d'un pôle de disjoncteur, appended drawing in which: - Figure 1 is a diagram showing the variations of an alternating current with large DC component, - Figure 2 is a schematic view in axial section of a breaking chamber of a circuit breaker pole,

- la figure 3 est une vue agrandie des parties modifiées de la figure 2. - Figure 3 is an enlarged view of the modified parts of Figure 2.

L'oscillogramme de la Fig. 1 montre le courant de défaut avec le passage par zéro du courant retardé. The oscillogram of FIG. 1 shows the fault current with the delayed current passing through zero.

Pour avancer le passage par zéro du courant, il faut donc allonger l'arc au maximum possible dès la séparation des contacts d'arc.20 Par exemple, si la séparation des contacts a lieu à l'instant to, on veut forcer le passage à zéro du courant à To advance the zero crossing of the current, it is therefore necessary to extend the arc to the maximum possible as soon as the separation of the arcing contacts. 20 For example, if the separation of the contacts takes place at the instant to, we want to force the passage at zero current at

l'instant tl (une pseudo période après tO), ou au plus tard à l'instant t2 (deux pseudo-périodes après to). the instant tl (a pseudo period after tO), or at the latest at the instant t2 (two pseudo-periods after to).

La figure 2 est une vue schématique en coupe axiale d'une chambre de coupure d'un pôle d'un disjoncteur classique, représentée en position déclenchée. Elle comprend une enveloppe 1, en matériau isolant tel que la céramique, fermée par deux flasque métalliques 2 et 3 portant des prises de courant 2A et 3A. Le volume 4 ainsi délimité est30 rempli d'un gaz à bonnes propriétés diélectriques tel que l'hexafluorure de soufre SF6 ou l'azote, sous une pression Figure 2 is a schematic view in axial section of a breaking chamber of a pole of a conventional circuit breaker, shown in the tripped position. It comprises an envelope 1, made of insulating material such as ceramic, closed by two metal flanges 2 and 3 carrying sockets 2A and 3A. The volume 4 thus delimited is filled with a gas with good dielectric properties such as sulfur hexafluoride SF6 or nitrogen, under a pressure

de quelques hectopascals. A l'intérieur de l'enveloppe sont disposés un ensemble fixe et un ensemble mobile. of a few hectopascals. Inside the envelope are arranged a fixed assembly and a movable assembly.

L'ensemble fixe comprend des bras métalliques 5 reliés mécaniquement et électriquement au flasque 2 et supportant un contact 6 pour le passage du courant permanent et un contact d'arc 7. Le contact 6 est un tube; le contact 7 est également tubulaire et sera décrit en détail en référence à la figure 3. L'ensemble mobile comprend un cylindre 9 dont une extrémité porte une couronne métallique 10; le cylindre est relié à une tringle isolante 11 qui traverse de manière étanche le flasque 3 et qui est reliée à une commande non The fixed assembly comprises metal arms 5 mechanically and electrically connected to the flange 2 and supporting a contact 6 for the passage of the permanent current and an arcing contact 7. The contact 6 is a tube; the contact 7 is also tubular and will be described in detail with reference to FIG. 3. The mobile assembly comprises a cylinder 9, one end of which carries a metal crown 10; the cylinder is connected to an insulating rod 11 which passes tightly through the flange 3 and which is connected to a control not

représentée.represented.

La couronne 10 porte des doigts de contact 12 pour le passage du courant permanent et qui coopèrent, lorsque le disjoncteur est fermé, avec le tube 6. Les doigts 12 sont protégés par un capot pare-effluves 12A fixé au cylindre 9.15 A la couronne 10 est également fixé un tube 13 portant des doigts de contact d'arc 14 et coopérant avec le contact The crown 10 carries contact fingers 12 for the passage of the permanent current and which cooperate, when the circuit breaker is closed, with the tube 6. The fingers 12 are protected by a corona hood 12A fixed to the cylinder 9.15 At the crown 10 is also fixed a tube 13 carrying arcing contact fingers 14 and cooperating with the contact

d'arc fixe tubulaire 7. La couronne 10 porte une buse de soufflage 17 de préférence en matériau isolant. tubular fixed arc 7. The crown 10 carries a blowing nozzle 17 preferably made of insulating material.

A l'intérieur du cylindre 9 est disposé un piston annulaire fixe 18, fixé par des bras 19 au flasque 3. Le piston 18, la couronne 10 et le cylindre 9 définissent un volume de soufflage V. La couronne 10 porte des trous 10A pour permettre au gaz du volume V, comprimé lors d'une manoeuvre d'ouverture du disjoncteur, de s'échapper à travers la buse pour venir souffler l'arc. La liaison galvanique entre le cylindre 9 et le flasque 3 est assurée par des doigts de contact tel que le Inside the cylinder 9 is disposed a fixed annular piston 18, fixed by arms 19 to the flange 3. The piston 18, the crown 10 and the cylinder 9 define a blowing volume V. The crown 10 carries holes 10A for allow the gas of volume V, compressed during an opening operation of the circuit breaker, to escape through the nozzle to blow the arc. The galvanic connection between the cylinder 9 and the flange 3 is ensured by contact fingers such as the

contact 20.contact 20.

La figure 3 montre la constitution spécifique des contacts d'arc, permettant le double allongement de l'arc. Figure 3 shows the specific constitution of the arcing contacts, allowing the arc to be extended twice.

Le contact d'arc fixe, désigné globalement par la référence 7, comprend deux portions métalliques tubulaires coaxiales 50 et 51, séparées par une couche isolante 52, par exemple en téflon. Les portions 50 et 51 sont réunies à leur extrémité par un embout métallique 49 réalisé en un alliage résistant aux effets de l'arc électrique, par exemple à base de tunstène (wolfram). La portion tubulaire 51 est destiné à coopérer avec les doigts 14 de l'ensemble mobile. Elle est 5 terminée à l'extrémité opposée à l'embout par un bourrelet annulaire 54. La portion tubulaire 50 est revêtue intérieurement, sur une certaine longueur, à partir de l'embout 49, par une couche isolante 53, par exemple en téflon.10 Le tube portant les doigts du contact d'arc mobile, désigné globalement par 13 dans la figure 2, est constitué de deux portions métalliques coaxiales 57 et 60, isolées l'une de l'autre par une couche isolante 59, et réunies à une extrémité par un embout 56 en alliage métallique15 résistant aux effets de l'arc électrique. La couche 57 est terminée, à son extrémité opposée à l'embout 56, par un bourrelet annulaire 58. Le fonctionnement est le suivant, en notant que les éléments en traits tiretés correspondent à la position The fixed arcing contact, generally designated by the reference 7, comprises two coaxial tubular metal portions 50 and 51, separated by an insulating layer 52, for example made of Teflon. The portions 50 and 51 are joined at their end by a metal tip 49 made of an alloy resistant to the effects of the electric arc, for example based on tunstene (wolfram). The tubular portion 51 is intended to cooperate with the fingers 14 of the movable assembly. It is terminated at the end opposite the end piece by an annular bead 54. The tubular portion 50 is coated internally, over a certain length, from the end piece 49, by an insulating layer 53, for example made of teflon .10 The tube carrying the fingers of the movable arcing contact, generally designated by 13 in FIG. 2, consists of two coaxial metal portions 57 and 60, isolated from each other by an insulating layer 59, and joined together at one end by a tip 56 made of metal alloy 15 resistant to the effects of the electric arc. The layer 57 is terminated, at its end opposite to the end piece 56, by an annular bead 58. The operation is as follows, noting that the elements in dashed lines correspond to the position

enclenchée du disjoncteur.on the circuit breaker.

En position enclenchée, les doigts principaux 12 s'appuient sur le tube métallique 6, les doigts d'arc 14 s'appuient sur le tube métallique 51. A la séparation des contacts principaux 6 et 12, tout In the engaged position, the main fingers 12 are supported on the metal tube 6, the arcing fingers 14 are supported on the metal tube 51. When the main contacts 6 and 12 are separated, everything

le courant se reporte dans les doigts 14 qui se rapprochent de l'embout 49. the current is transferred to the fingers 14 which approach the end piece 49.

Le courant travers alors le tube 50, l'embout 49 et l'extrémité du tube 51. Lorsque les doigts 14 quittent l'embout 49, un arc 62 s'établit entre ces pièces.30 Grâce au soufflage du gaz comprimé issu du volume de soufflage V, l'arc se déplace des doigts 14 à l'embout 56, surtout si le courant se trouve dans la phase A descendante de diminution du courant (voir Fig. 1). Quand la racine de l'arc atteint le tube 57 ( arc 62A et zone 57A dans la35 figure 3), le courant dans l'arc est de sens opposé au courant dans la zone 57A du tube 57. L'effet de boucle (loi du maximum du flux d'induction ou loi de Lenz) tend à déplacer la racine de l'arc 62A le long de la surface intérieure du tube 57 jusqu'au bourrelet 58. Lorsque l'embout 49 quitte le col 17A de la buse 17, le soufflage du gaz pousse la racine de l'arc 62B de l'embout 49 vers la zone externe d'extrémité 51A du tube 51. Le courant dans 51A est de sens opposé à celui de l'arc 62B; l'effet de boucle pousse la racine de l'arc le long de la surface extérieure du tube 51 jusqu'au bourrelet 54, surtout10 si le courant est dans la phase descendante A ou dans la phase descendante B. Ce courant a une intensité de plusieurs The current then passes through the tube 50, the end piece 49 and the end of the tube 51. When the fingers 14 leave the end piece 49, an arc 62 is established between these parts. 30 Thanks to the blowing of the compressed gas coming from the volume blowing V, the arc moves from the fingers 14 to the nozzle 56, especially if the current is in the downward phase A of current reduction (see Fig. 1). When the root of the arc reaches the tube 57 (arc 62A and zone 57A in Figure 3), the current in the arc is opposite to the current in the zone 57A of the tube 57. The loop effect (law maximum induction flux or Lenz's law) tends to move the root of the arc 62A along the inner surface of the tube 57 to the bead 58. When the end piece 49 leaves the neck 17A of the nozzle 17 , the blowing of the gas pushes the root of the arc 62B of the end piece 49 towards the external end region 51A of the tube 51. The current in 51A is in the opposite direction to that of the arc 62B; the loop effect pushes the root of the arc along the outer surface of the tube 51 to the bead 54, especially10 if the current is in the downward phase A or in the downward phase B. This current has an intensity of many

millirs d'ampères. La couche isolante 53 empêche l'arc de s'accrocher sur la surface intérieure du tube 50. millirs of amps. The insulating layer 53 prevents the arc from catching on the interior surface of the tube 50.

Pour éviter qu'il s'accroche sur le tube 6, une couche isolante 55 est placée sur la surface intérieure de ce tube. To prevent it from catching on the tube 6, an insulating layer 55 is placed on the interior surface of this tube.

Le double allongement de l'arc, du côté fixe et du côté mobile, permet d'obtenir une tension d'arc importante qui facilite par sa résistance intrinsèque la décroissance20 de la composante continue du courant, pour forcer un passage par zéro, soit en tl, soit en t2, selon la valeur du courant et la durée de l'arc. Pour les courants ascendants ( zones désignées C et D dans la Fig. 1), d'intensité égale à quelques dizaines de The double elongation of the arc, on the fixed side and on the mobile side, makes it possible to obtain a large arc voltage which, by its intrinsic resistance, facilitates the decrease 20 of the direct component of the current, to force a zero crossing, either tl, or in t2, depending on the value of the current and the duration of the arc. For updrafts (areas designated C and D in Fig. 1), of intensity equal to a few tens of

kiloampères, l'arc aura une longueur plus faible. kiloamperes, the arc will have a shorter length.

L'invention permet, moyennant une adaptation peu coûteuse des disjoncteurs existants, d'obtenir un appareil parfaitement adapté à la coupure des courants à grande composante continue.30 The invention makes it possible, by means of an inexpensive adaptation of existing circuit breakers, to obtain a device perfectly suited to breaking currents with a large continuous component.

Claims

1 / Circuit breaker with insulation and blowing by gas with good dielectric properties comprising for each pole at least one sealed insulating envelope filled with said gas under pressure, and containing a fixed assembly comprising a contact for the passage of permanent current and an arcing contact , and a mobile assembly actuated by an insulating rod sealingly passing through a wall of said envelope, said mobile assembly further comprising a contact for the passage of permanent current, an arcing contact, a blowing cylinder comprising a piston

blowing, and a blowing nozzle, characterized in that the fixed (50, 51) and movable (14, 57, 60) arcing contacts are made so that at least a portion of these is traversed by the current in opposite direction to the arc current.

2 / A circuit breaker according to claim 1, characterized in that the fixed arcing contact consists of a first (50) and a second (51) coaxial metal tubes electrically connected at one end by a ferrule (49) made of resistant metal alloy to the effects of the arc, isolated from each other by an insulating layer (52), the second tube (51) being in contact with the movable arcing contact (14), the first tube being partially covered by an insulating layer (53) contiguous to said end piece (49), said second tube 25 comprising an annular bead (54), said arc moving over said second tube (51) up to said bead

annular (54).

3 / Circuit breaker according to one of claims 1 and 2, characterized in that the movable arcing contact is made

by a ring of contact fingers (14) cooperating with said second tube (51) of the fixed arcing contact, said ring being fixed to a part comprising a first (60) and a second (57) coaxial tubular parts joined by a end (56) of a metal alloy resistant to the effects of the electric arc and isolated from one another by an insulating layer (59), said second tubular part (57) comprising an annular bead (58), said arc moving along said tubular part (57)

up to the bead audit (58).