FR2733086A1 - HIGH VOLTAGE HYBRID CUTTING DEVICE - Google Patents
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Abstract
Dispositif de coupure hybride à haute tension, comporte dans une même enveloppe (12) remplie de gaz, un premier interrupteur (14) à vide, connecté en série avec un deuxième interrupteur (16) à gaz. Entre les deux interrupteurs (14, 16) est disposé une tige d'actionnement (28) ayant une extrémité de support du premier contact d'arc mobile (26) du premier interrupteur (16), et une extrémité opposée de support du contact d'arc semi-fixe (38) du deuxième interrupteur (16) ladite tige étant réalisée en matériau conducteur pour assurer la mise en série des deux interrupteurs, et traversant de manière étanche l'ampoule (22) du premier interrupteur (14) à vide. Des moyens élastiques sont associés à la tige d'actionnement (28) pour assurer l'ouverture du premier interrupteur (14) et pour suivre le mouvement en translation du deuxième contact d'arc mobile (48) dans le sens de l'ouverture, en garantissant la fermeture du deuxième interrupteur (16) jusqu'à une position intermédiaire prédéterminée du deuxième contact d'arc mobile (48). Des moyens de butées stoppent le déplacement de la tige (28) au-delà de la position axiale intermédiaire de manière à ouvrir le deuxième interrupteur (16) lors de la course d'ouverture poursuivie du deuxième contact mobile (48).High-voltage hybrid cut-off device, comprising in a single enclosure (12) filled with gas, a first vacuum switch (14), connected in series with a second gas switch (16). Between the two switches (14, 16) is disposed an actuating rod (28) having a support end of the first movable arcing contact (26) of the first switch (16), and an opposite support end of the contact d semi-fixed arc (38) of the second switch (16), said rod being made of conductive material to ensure the placing in series of the two switches, and passing tightly through the bulb (22) of the first vacuum switch (14) . Elastic means are associated with the actuating rod (28) to ensure the opening of the first switch (14) and to follow the movement in translation of the second movable arcing contact (48) in the direction of opening, ensuring the closure of the second switch (16) to a predetermined intermediate position of the second movable arcing contact (48). Stop means stop the movement of the rod (28) beyond the intermediate axial position so as to open the second switch (16) during the continued opening stroke of the second movable contact (48).
Description
DISPOSITIF DE COUPURE HYBRIDE A HAUTE TENSIONHIGH VOLTAGE HYBRID CUTTING DEVICE
L'invention est relative à un dispositif de coupure hybride à haute tension, comportant: -un premier interrupteur à vide ayant une ampoule scellée renfermant une première paire de contacts d'arc séparables, - un deuxième interrupteur à gaz comprenant une deuxième paire de contacts d'arc séparables, et connecté électriquement en série avec le premier interrupteur, - des moyens de commande pour ouvrir et fermer lesdits interrupteurs selon une séquence de fonctionnement prédéterminée, - et une enveloppe commune étanche de logement des deux interrupteurs, ladite enveloppe The invention relates to a high-voltage hybrid switching device, comprising: -a first vacuum switch having a sealed bulb containing a first pair of separable arcing contacts, - a second gas switch comprising a second pair of contacts separable arc, and electrically connected in series with the first switch, - control means for opening and closing said switches according to a predetermined operating sequence, - and a common sealed enclosure for housing the two switches, said enclosure
étant remplie d'un gaz à rigidité diélectrique élevée. being filled with a gas of high dielectric strength.
Un tel dispositif de coupure est connu du document US-A 4 434 332. Chaque interrupteur est doté d'un mécanisme de commande propre destiné à déplacer le contact mobile correspondant. Les deux mécanismes sont interconnectés mécaniquement au moyen de manivelles calées sur un arbre commun piloté à partir d'un système pneumatique sous pression. Un tel dispositif de commande est compliqué, et nécessite un encombrement important. L'objet de l'invention consiste à réaliser un dispositif de coupure hybride à haute tension de Such a breaking device is known from document US-A 4,434,332. Each switch is provided with its own control mechanism intended to move the corresponding movable contact. The two mechanisms are mechanically interconnected by means of cranks wedged on a common shaft controlled from a pressurized pneumatic system. Such a control device is complicated, and requires considerable space. The object of the invention is to provide a high voltage hybrid switching device for
construction simple et peu encombrant. simple and space-saving construction.
Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que le dispositif de coupure comporte de plus: - une tige d'actionnement ayant une extrémité de support du premier contact d'arc mobile du premier interrupteur, et une extrémité opposée de support du contact d'arc semi- fixe du deuxième interrupteur, ladite tige étant réalisée en matériau conducteur pour assurer la mise en série des deux interrupteurs, et traversant de manière étanche l'ampoule du premier interrupteur à vide, - des moyens élastiques associés à la tige d'actionnement pour assurer l'ouverture du premier interrupteur et pour suivre le mouvement en translation du deuxième contact d'arc mobile dans le sens de l'ouverture, en garantissant la fermeture du deuxième interrupteur jusqu'à une position intermédiaire prédéterminée du deuxième contact d'arc mobile, - et des moyens de butée aptes à stopper le déplacement de la tige au-delà de la position axiale intermédiaire, de manière à ouvrir le deuxième interrupteur lors de la course The device according to the invention is characterized in that the breaking device further comprises: - an actuating rod having a support end of the first movable arcing contact of the first switch, and an opposite end of support for the contact d semi-fixed arc of the second switch, said rod being made of conductive material to ensure the placing in series of the two switches, and passing through the bulb of the first vacuum interrupter in a sealed manner, - elastic means associated with the rod actuation to ensure the opening of the first switch and to follow the translational movement of the second movable arcing contact in the opening direction, ensuring the closing of the second switch to a predetermined intermediate position of the second contact movable arc, - and stop means able to stop the displacement of the rod beyond the intermediate axial position, so as to open the second switch during the race
d'ouverture poursuivie du deuxième contact mobile. continued opening of the second mobile contact.
Des contacts principaux sont également prévus à l'intérieur de l'enveloppe en entourant o10 coaxialement le premier et le deuxième interrupteur. Les contacts principaux destinés à Main contacts are also provided inside the envelope by surrounding o10 coaxially the first and the second switch. The main contacts for
s'ouvrir avant la première paire de contacts d'arc du premier interrupteur à vide. open before the first pair of arcing contacts of the first vacuum interrupter.
Selon un mode de réalisation préférentiel, le deuxième interrupteur à gaz comporte une chambre de coupure à autoexpansion, laquelle communique avec le volume de l'enveloppe par le deuxième contact d'arc mobile creux. Le contact d'arc semi-fixe est agencé sur la According to a preferred embodiment, the second gas switch comprises a self-expanding cut-off chamber, which communicates with the volume of the envelope by the second hollow movable arcing contact. The semi-fixed arcing contact is arranged on the
face frontale d'une bobine de mise en rotation de l'arc. front face of an arc rotation coil.
Selon une variante de réalisation, le deuxième interrupteur à gaz comporte un dispositif According to an alternative embodiment, the second gas switch comprises a device
d'autosoufflage par pistonnage du gaz. self-blowing by gas piston.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront plus clairement de la Other advantages and characteristics of the invention will emerge more clearly from the
description qui va suivre, de deux podes de réalisations donnés à titre d'exemples non description which follows, of two embodiments given as examples not
limitatifs, et représentés aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe d'un pôle du dispositif de coupure hybride selon l'invention, le pôle étant représenté en position de fermeture, - les figures 2 à 4 montrent des vues identiques du dispositif de la figure 1, respectivement lors de la séparation des contacts principaux, puis de l'ouverture du premier interrupteur, et finalement en fin de course d'ouverture, limiting, and shown in the accompanying drawings, in which: - Figure 1 is a sectional view of a pole of the hybrid switching device according to the invention, the pole being shown in the closed position, - Figures 2 to 4 show identical views of the device in FIG. 1, respectively when the main contacts are separated, then when the first switch is opened, and finally at the end of the opening stroke,
-la figure 5 représente une vue identique à la figure 4 d'une variante de réalisation. FIG. 5 represents a view identical to FIG. 4 of an alternative embodiment.
Sur les figures 1 à 4, un pôle d'un dispositif de coupure hybride 10 à haute tension, est logé dans une enveloppe 12 étanche renfermant un premier interrupteur 14 à vide, connecté électriquement en série avec un deuxième interrupteur 16 à isolement gazeux. L'enveloppe 12 comporte une paroi latérale cylindrique en matériau électriquement isolant, et est obturée à ses extrémités opposées par un couvercle 18 et un fond 20, lesquels sont en matériau In FIGS. 1 to 4, a pole of a hybrid high-voltage cut-off device 10 is housed in a sealed envelope 12 containing a first vacuum switch 14, electrically connected in series with a second gas-insulated switch 16. The casing 12 has a cylindrical side wall made of electrically insulating material, and is closed at its opposite ends by a cover 18 and a bottom 20, which are made of material
conducteur et raccordés respectivement aux bornes d'entrée et de sortie du pôle. conductor and connected respectively to the input and output terminals of the pole.
L'enveloppe 12 est remplie avec du gaz à rigidité diélectrique élevée, pouvant être à titre d'exemple de l'hexafluorure de soufre ou de l'azote, ou un mélange des deux. Tout autre The envelope 12 is filled with gas of high dielectric strength, which may be, for example, sulfur hexafluoride or nitrogen, or a mixture of the two. Other
gaz peut bien entendu être utilisé. gas can of course be used.
Le premier interrupteur 14 à vide est formé par une ampoule 22 scellée, solidarisée à la paroi interne du couvercle 18. A l'intérieur de l'ampoule 22 se trouve un contact d'arc fixe 24 porté par un plot 25 conducteur relié au couvercle 18. Le contact d'arc fixe 24 coopère par aboutement avec un premier contact d'arc mobile 26, lequel est solidarisé à une ]o extrémité d'une tige d'actionnement 28 mobile et conductrice. La tige 28 s'étend dans la direction longitudinale du pôle 10, et traverse axialement un orifice 30 de l'ampoule 22 The first vacuum switch 14 is formed by a sealed bulb 22, secured to the inner wall of the cover 18. Inside the bulb 22 is a fixed arcing contact 24 carried by a conductive stud 25 connected to the cover 18. The fixed arcing contact 24 cooperates by abutment with a first movable arcing contact 26, which is secured to a] o end of a movable and conductive actuating rod 28. The rod 28 extends in the longitudinal direction of the pole 10, and passes axially through an orifice 30 in the bulb 22
avec interposition d'un soufflet 32 d'étanchéité. with interposition of a sealing bellows 32.
Un premier ressort 34 à compression est intercalé à l'opposé du couvercle 18, entre un i5 épaulement 36 intermédiaire de la tige 28, et la base de l'ampoule 22. Le ressort 34 entoure A first compression spring 34 is interposed opposite the cover 18, between an intermediate shoulder 36 of the rod 28, and the base of the bulb 22. The spring 34 surrounds
coaxialement la tige 28.coaxially the rod 28.
L'autre extrémité de la tige 28 sert de support au contact d'arc semifixe 38 du deuxième interrupteur 16, ayant une chambre de coupure 40, à autoexpansion. La chambre 40 est fixée à l'ampoule 22 par des organes de fixation 42, 44, et renferme une bobine 46 de mise en rotation de l'arc. La face frontale antérieure de la bobine porte le contact d'arc semi-fixe 38, lequel coopère avec un deuxième contact d'arc mobile 48 de forme tubulaire, et monté The other end of the rod 28 serves as a support for the semi-fixed arcing contact 38 of the second switch 16, having a breaking chamber 40, with self-expansion. The chamber 40 is fixed to the bulb 22 by fixing members 42, 44, and contains a coil 46 for rotating the arc. The front front face of the coil carries the semi-fixed arcing contact 38, which cooperates with a second movable arcing contact 48 of tubular shape, and mounted
en alignement axial avec la tige d'actioninement 28. in axial alignment with the actuating rod 28.
Le deuxième contact d'arc mobile 48 traverse de manière étanche la chambre 40, et est entraîné en translation par une douille de commande 50 associé à un mécanisme 52 de The second movable arcing contact 48 passes tightly through the chamber 40, and is driven in translation by a control socket 50 associated with a mechanism 52 of
manoeuvre (représenté schématiquement sur la figure 1). maneuver (shown schematically in Figure 1).
La douille de commande 50 est réalisée en un matériau conducteur, et se trouve en liaison électrique avec le fond 20. Un contact principal mobile 54 est assujetti à la douille de commande 50, et coopère avec un contact principal fixe 56 solidaire du couvercle 18. A l'intérieur de la douille 50 se trouve un deuxième ressort 58 sollicitant le deuxième contact The control socket 50 is made of a conductive material, and is in electrical connection with the bottom 20. A movable main contact 54 is subject to the control socket 50, and cooperates with a fixed main contact 56 secured to the cover 18. Inside the sleeve 50 is a second spring 58 urging the second contact
d'arc mobile 48 en aboutement contre le contact d'arc semi-fixe 38. movable arc 48 abutting against the semi-fixed arc contact 38.
La paroi interne de la douille 50 est équipée d'un organe d'entraînement 60 destiné à coopérer avec un épaulement 62 radial du deuxième contact d'arc mobile 48 après The internal wall of the sleeve 50 is equipped with a drive member 60 intended to cooperate with a radial shoulder 62 of the second movable arcing contact 48 after
rattrapage d'une course morte 64 (voir figure 1). catching up with a dead stroke 64 (see FIG. 1).
Les contacts principaux 54, 56 sont agencés coaxialement à l'intérieur de l'ensemble 12 en The main contacts 54, 56 are arranged coaxially inside the assembly 12 in
entourant l'ampoule 22 à vide, et la chambre de coupure 40. surrounding the vacuum bulb 22, and the switching chamber 40.
L'intérieur de la chambre de coupure 40 du deuxième interrupteur 16 à autoexpansion communique avec l'enveloppe 12 à travers le deuxième contact d'arc mobile 48 creux, et The interior of the breaking chamber 40 of the second autoexpansion switch 16 communicates with the casing 12 through the second hollow movable arcing contact 48, and
des orifices 66 ménagés dans la douille 50. orifices 66 formed in the socket 50.
Un contact glissant 68 est agencé entre la douille 50 et le deuxième contact d'arc mobile 48. A sliding contact 68 is arranged between the sleeve 50 and the second movable arcing contact 48.
Le fonctionnement du dispositif de coupure hybride 10 selon l'invention est le suivant: Sur la figure 1, tous les contacts principaux et d'arc sont fermés, et le courant nominal traverse en majorité les contacts principaux 54, 56 à cause de la faible impédance du circuit principal. En cas de défaut de court-circuit détecté par les capteurs du disjoncteur, le mécanisme 52 entraîne la douille de commande 50 en translation dans le sens de la flèche A (figure 2) pour interrompre le circuit principal suite à la séparation des contacts principaux 54, 56. Le courant de court-circuit commute dans le circuit d'arc, en traversant d'abord les contacts d'arc 24, 26 du premier interrupteur 14 à vide, puis circule successivement dans la tige 28, les contacts d'arc 38, 48 du deuxième interrupteur 16 à autoexpansion, la douille 50, et finalement le fond 20 agencé en borne de sortie. Durant cette première phase, tous les The operation of the hybrid breaking device 10 according to the invention is as follows: In FIG. 1, all the main and arcing contacts are closed, and the nominal current passes mainly through the main contacts 54, 56 because of the low main circuit impedance. In the event of a short circuit fault detected by the circuit breaker sensors, the mechanism 52 drives the control sleeve 50 in translation in the direction of arrow A (FIG. 2) to interrupt the main circuit following the separation of the main contacts 54 , 56. The short-circuit current switches in the arcing circuit, first passing through the arcing contacts 24, 26 of the first vacuum switch 14, then flows successively in the rod 28, the arcing contacts 38, 48 of the second autoexpansion switch 16, the socket 50, and finally the bottom 20 arranged as an output terminal. During this first phase, all
contacts d'arc 24, 26; 38, 48 restent fermés, mais la bobine 46 n'est pas excitée. arcing contacts 24, 26; 38, 48 remain closed, but the coil 46 is not energized.
Sur la figure 3, la course d'ouverture poursuivie de la douille 50 de commande entraîne le deuxième contact d'arc mobile 48 vers le bas. L'équipage semi-mobile formé par le contact d'arc 38, la bobine 46 la tige 28, et le premier contact d'arc mobile 26 suit le mouvement de descente du deuxième contact d'arc mobile 48 grâce à l'action élastique du premier ressort 34. Les contacts d'arc 38, 48 du deuxième interrupteur 16 à autoexpansion restent fermés, tandis que les contacts d'arc 24, 26 du premier interrupteur 14 à vide s'ouvrent durant cette deuxième phase de fonctionnement. La course de l'équipage semi- mobile s'arrête lorsque l'épaulement 36 vient en butée contre la paroi supérieure de la chambre de In FIG. 3, the continued opening stroke of the control sleeve 50 drives the second movable arcing contact 48 downward. The semi-mobile assembly formed by the arcing contact 38, the coil 46 the rod 28, and the first movable arcing contact 26 follows the downward movement of the second movable arcing contact 48 thanks to the elastic action of the first spring 34. The arcing contacts 38, 48 of the second autoexpansion switch 16 remain closed, while the arcing contacts 24, 26 of the first vacuum switch 14 open during this second operating phase. The race of the semi-mobile crew stops when the shoulder 36 abuts against the upper wall of the
coupure 40.cutoff 40.
Pendant la troisième phase de fonctionnement qui se termine en fin de course d'ouverture de la douille 50 (figure 4), l'équipage semi-mobile reste immobilisé dans la position de la During the third operating phase which ends at the end of the opening stroke of the sleeve 50 (FIG. 4), the semi-mobile assembly remains immobilized in the position of the
figure 3, et le deuxième contact d'arc mobile 48 se sépare du contact d'arc 38. FIG. 3, and the second movable arcing contact 48 separates from the arcing contact 38.
Le premier arc s'établissant entre les contacts d'arc 24, 26 est interrompu rapidement par l'ampoule 22 à vide, laquelle est adaptée à des gradients de tension dv/dt importants, pendant la période allant du zéro de courant jusqu'à l'accroissement de la tension de rétablissement. Le deuxième interrupteur 16 à gaz intervient plus tard, et résiste bien à la tension de rétablissement. L'apparition d'un deuxième arc entre les contacts d'arc 38, 48 provoque l'excitation de la bobine 46, engendrant la rotation de l'arc et un accroissement rapide de la pression à l'intérieur de la chambre de coupure 40. L'écoulement de gaz vers la chambre d'expansion de l'enveloppe 12, via le contact d'arc mobile 48 creux, permet une extinction rapide du deuxième arc. Une telle séquence de fonctionnement du pôle évite tout The first arc established between the arcing contacts 24, 26 is quickly interrupted by the vacuum bulb 22, which is adapted to large voltage gradients dv / dt, during the period from zero current to increased recovery voltage. The second gas switch 16 intervenes later, and withstands the recovery voltage well. The appearance of a second arc between the arcing contacts 38, 48 causes the excitation of the coil 46, causing the rotation of the arc and a rapid increase in the pressure inside the breaking chamber 40 The flow of gas to the expansion chamber of the envelope 12, via the hollow arc contact 48, allows rapid extinction of the second arc. Such a pole operating sequence avoids all
réamorçage de l'arc, et garantit une bonne tenue diélectrique du disjoncteur. re-striking of the arc, and guarantees good dielectric strength of the circuit breaker.
Dans le dispositif de coupure 100 illustré à la figure 5, le deuxième interrupteur 16 à gaz n'est pas du type à autoexpansion, mais comporte un dispositif d'autosoufflage de l'arc par pistonnage. Les mêmes numéros de repères seront utilisés pour désigner des pièces identiques à celles des figures 1-4. Le dispositif d'autosoufflage 70 est pourvu d'une buse 72 de soufflage, en matériau isolant, entourant coaxialement les contacts d'arc 38, 48, et solidaire d'un cylindre 74 mobile coopérant avec un piston 76 fixe de manière à délimiter un volume 78 pistonnable. Le cylindre 74 est en matériau conducteur, et comporte avantageusement à son extrémité supérieure le contact principal mobile 54. L'extrémité inférieure du cylindre 74 est raccordée à la douille 50 de commande et au contact glissant 68. La séquence de fonctionnement du dispositif de coupure 100 de la figure 5 est identique à celle décrit précédemment. L'extinction du deuxième arc est opéré par un jet de gaz issu du In the cut-off device 100 illustrated in FIG. 5, the second gas switch 16 is not of the autoexpansion type, but includes a device for self-blowing the arc by piston. The same reference numbers will be used to designate parts identical to those in Figures 1-4. The self-blowing device 70 is provided with a blowing nozzle 72, of insulating material, coaxially surrounding the arcing contacts 38, 48, and integral with a movable cylinder 74 cooperating with a fixed piston 76 so as to delimit a volume 78 pistonnable. The cylinder 74 is made of conductive material, and advantageously comprises at its upper end the movable main contact 54. The lower end of the cylinder 74 is connected to the control sleeve 50 and to the sliding contact 68. The operating sequence of the breaking device 100 of Figure 5 is identical to that described above. The second arc is extinguished by a jet of gas from the
volume 78 pistonnable, et canalisé dans le convergent de la tuyère 72. volume 78 pistonnable, and channeled in the convergent of the nozzle 72.
il est clair que tout autre type de dispositif de coupure peut être utilisé pour constituer le it is clear that any other type of cut-off device can be used to constitute the
deuxième interrupteur 16 à gaz.second gas switch 16.
Selon une variante (non représentée), il est possible d'inverser les phases d'ouverture des According to a variant (not shown), it is possible to reverse the opening phases of the
interrupteurs, en ouvrant le deuxième interrupteur 16 avant le premier. switches, by opening the second switch 16 before the first.
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1996
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