FR2738388A1

FR2738388A1 - High voltage circuit breaker with pre-compressed gas jet

Info

Publication number: FR2738388A1
Application number: FR9510308A
Authority: FR
Inventors: Michel Perret; Edmond Thuries
Original assignee: GEC Alsthom T&D SA
Current assignee: Grid Solutions SAS
Priority date: 1995-09-01
Filing date: 1995-09-01
Publication date: 1997-03-07
Anticipated expiration: 2015-09-01
Also published as: FR2738388B1

Abstract

The circuit breaker includes a ceramic envelope filled with a dielectric gas and housing the cut-off components. The components include a fixed cylinder (3) connected with its extremity to one of the breaker terminals. A mobile metal ring (8) with two coaxial tubes (6,7) cooperates with the fixed cylinder. Both tubes (6) present a number of contact fingers (9, 12) with protecting covers (10,13). The space defined between the two tubes is engaged by a piston (18) attached to a rod (19) connected to a metal piece (20). The metal ring is provided with gas jet holes (8a).

Description

DISJONCTEUR A FAIBLE ENERGIE DE MANOEUVRE
L'invention concerne les disjoncteurs à haute tension à gaz de soufflage.LOW ENERGY MANEUVER CIRCUIT BREAKER
The invention relates to high-voltage blow-out circuit breakers.

La tendance actuelle, sous l'impulsion des utilisateurs, est de réaliser des disjoncteurs ne nécessitant qu'une faible énergie de manoeuvre. The current trend, driven by users, is to make circuit breakers requiring only a small operating energy.

Il a été proposé de réaliser des disjoncteurs dans lesquels les contacts à séparer sont animés de mouvements en sens opposés, de manière à augmenter leur vitesse de déplacement relative; cette disposition permet de réduire l'énergie cinétique totale des pièces en mouvement, et, par suite, d'utiliser une commande de moindre puissance. De tels disjoncteurs présentent cependant des complications de construction en raison de la nécessité de disposer de deux jeux de tringles de manoeuvre. It has been proposed to make circuit breakers in which the contacts to be separated are moved in opposite directions, so as to increase their relative speed of movement; this arrangement makes it possible to reduce the total kinetic energy of the moving parts, and therefore to use a lower power control. However, such circuit breakers have construction complications due to the need to have two sets of operating rods.

Par ailleurs, il a été observé que la coupure par un disjoncteur à gaz de soufflage est favorisée par une précompression du gaz avant séparation des contacts d'arc. Furthermore, it has been observed that the cut-off by a blow-out gas circuit breaker is favored by precompression of the gas before separation of the arcing contacts.

Le but de l'invention est de concevoir un disjoncteur dans lequel les contacts subissent un double mouvement, mais en utilisant une seule tringlerie de manoeuvre, et dans lequel les mouvements simultanés des contacts n'interviennent que lorsque le gaz de soufflage a déjà subi une compression. The object of the invention is to design a circuit breaker in which the contacts undergo a double movement, but using a single operating linkage, and in which the simultaneous movements of the contacts only intervene when the blowing gas has already undergone a compression.

Une telle combinaison permet de réduire dans une proportion jamais atteinte l'énergie nécessaire à la manoeuvre du disjoncteur. Such a combination makes it possible to reduce the energy required to operate the circuit breaker to an unprecedented proportion.

Cet objectif est atteint avec le disjoncteur tel que décrit dans les revendications. This object is achieved with the circuit breaker as described in the claims.

Un exemple de mise en oeuvre de l'invention est décrit maintenant, en référence au dessin annexé dans lequel:
- la figure 1 est une vue partielle, et partiellement en coupe axiale, d'une chambre de coupure d'un disjoncteur selon l'invention, représenté en position déclenchée,
- la figure 2 est une vue en coupe axiale de la partie fixe du disjoncteur, ce dernier étant en position déclenchée,
- la figure 2A est une vue partielle à échelle agrandie d'une partie de la figure 2,
- la figure 3 est une vue en demi-coupe axiale de la partie fixe du disjoncteur, représentée au cours d'une opération d'enclenchement,
- la figure 4 est une vue en demi-coupe axiale de la partie fixe du disjoncteur, représentée en fin d'enclenchement,
- les figures 5 et 6 sont des vues en demi-coupe axiale de la partie fixe du disjoncteur, illustrant une opération de déclenchement.An example of implementation of the invention is now described, with reference to the appended drawing in which:
FIG. 1 is a partial view, and partially in axial section, of a breaking chamber of a circuit breaker according to the invention, shown in the tripped position,
FIG. 2 is a view in axial section of the fixed part of the circuit breaker, the latter being in the tripped position,
FIG. 2A is a partial view on an enlarged scale of part of FIG. 2,
FIG. 3 is a view in axial half-section of the fixed part of the circuit breaker, shown during an engagement operation,
FIG. 4 is a view in axial half-section of the fixed part of the circuit breaker, shown at the end of engagement,
- Figures 5 and 6 are views in axial half-section of the fixed part of the circuit breaker, illustrating a tripping operation.

Dans ce qui suit, il sera décrit une chambre de coupure d'un disjoncteur à haute tension. Un disjoncteur présente au moins une chambre de coupure par pôle; l'invention s'applique aussi bien aux disjoncteurs à une seule chambre de coupure par pôle, qu'aux disjoncteurs ayant plus d'une chambre de coupure par pôle (2 à 5 par exemple). In what follows, a breaking chamber of a high-voltage circuit breaker will be described. A circuit breaker has at least one breaking chamber per pole; the invention applies as well to circuit breakers with a single breaking chamber per pole, as to circuit breakers having more than one breaking chamber per pole (2 to 5 for example).

Dans la figure 1, la référence 1 désigne une enveloppe isolante étanche, par exemple en porcelaine, remplie d'un gaz à bonnes propriétés diélectriques tel que l'hexafluorure de soufre SF6, et contenant les organes de coupure de la chambre. In FIG. 1, the reference 1 designates a sealed insulating envelope, for example made of porcelain, filled with a gas with good dielectric properties such as sulfur hexafluoride SF6, and containing the cut-off members of the chamber.

Ces organes de coupure comprennent une partie fixe globalement référencée 3, et une partie mobile désignée par le chiffre 4. These cut-off members include a fixed part generally referenced 3, and a mobile part designated by the number 4.

La partie mobile 4 du disjoncteur est de type connu. The movable part 4 of the circuit breaker is of known type.

Elle comprend deux tubes métalliques coaxiaux 6 et 7, solidarisés par une pièce métallique annulaire 8. La pièce 8 porte, dans le prolongement du tube 6, une couronne de doigts de contact 9 protégés par un capot pare-effluves 10.It comprises two coaxial metal tubes 6 and 7, joined by an annular metal part 8. The part 8 carries, in the extension of the tube 6, a ring of contact fingers 9 protected by a corona hood 10.

Les contacts 9 sont destiné au passage du courant permanent.The contacts 9 are intended for the passage of permanent current.

La pièce 8 porte, dans le prolongement du tube 7, une couronne de doigts de contact 12 protégés par un capot pare effluves 13; ces contacts constitue le contact d'arc mobile de la chambre de coupure et sont constitués de manière à résister aux effets de l'arc électrique. La pièce 8 porte une buse isolante 15 disposée coaxialement aux contacts 12 et autour de ceux-ci.The part 8 carries, in the extension of the tube 7, a ring of contact fingers 12 protected by a corona hood 13; these contacts constitute the movable arcing contact of the breaking chamber and are formed so as to resist the effects of the electric arc. The part 8 carries an insulating nozzle 15 arranged coaxially with the contacts 12 and around them.

Le volume annulaire 16 compris entre les tubes 6 et 7 constitue un volume de soufflage coopérant avec un piston fixe 18 relié par une tige tubulaire 19 à une pièce métallique fixe 20 reliée électriquement à une première prise de courant non représentée. Le piston est muni de clapets unidirectionnels 18A qui s'ouvrent à l'enclenchement du disjoncteur pour limiter la résistance au mouvement due à l'aspiration. The annular volume 16 comprised between the tubes 6 and 7 constitutes a blowing volume cooperating with a fixed piston 18 connected by a tubular rod 19 to a fixed metal part 20 electrically connected to a first outlet not shown. The piston is fitted with one-way valves 18A which open when the circuit breaker is engaged to limit the resistance to movement due to suction.

La pièce 8 est munie de perçages 8A pour le passage du gaz de compression. The part 8 is provided with holes 8A for the passage of the compression gas.

Le tube 6 est relié électriquement à la tige tubulaire 19 par des contacts glissants 21, par exemple du type "accordéon". The tube 6 is electrically connected to the tubular rod 19 by sliding contacts 21, for example of the "accordion" type.

Le tube 7 est relié, pour la manoeuvre de l'ensemble mobile 4, à une tige isolante non représentée mise en mouvement par une commande non représentée. Ces éléments non représentés sont classiques et le lecteur pourra en trouver une description détaillée dans Les Techniques de l'ingénieur, "Appareillage électrique d'interruption à haute tension" par Eugène Maury, D 655, 1981. The tube 7 is connected, for the operation of the mobile assembly 4, to an insulating rod not shown set in motion by a control not shown. These unrepresented elements are conventional and the reader will be able to find a detailed description thereof in Engineering Techniques, "Electrical equipment for high-voltage interruption" by Eugène Maury, D 655, 1981.

L'ensemble mobile qui vient d'être décrit ne sera plus représenté dans les figures suivantes, pour des raisons de clarté du dessin. The mobile assembly which has just been described will no longer be shown in the following figures, for reasons of clarity of the drawing.

La Fig.2 représente la partie 3 en coupe axiale. Fig.2 shows part 3 in axial section.

L'enveloppe 1 n'a pas été représentée.Envelope 1 has not been shown.

La partie 3 comprend une portion cylindrique fixe 30, dont une première extrémité 30A est reliée à une seconde prise de courant non représentée. Cette portion cylindrique 30 est disposée coaxialement à l'enveloppe isolante 1 représentée dans la Fig.1. Un peu avant la seconde extrémité 30B, le cylindre 30 présente un épaulement intérieur 30C portant une portion tubulaire de diamètre réduit 30D munie intérieurement des contacts glissants 31, par exemple de type "accordéon". Part 3 comprises a fixed cylindrical portion 30, a first end 30A of which is connected to a second outlet not shown. This cylindrical portion 30 is arranged coaxially with the insulating casing 1 shown in Fig.1. A little before the second end 30B, the cylinder 30 has an internal shoulder 30C carrying a tubular portion of reduced diameter 30D provided internally with sliding contacts 31, for example of the "accordion" type.

Les diverses pièces disposées à l'intérieur du cylindre 30 sont de révolution et disposées coaxialement au cylindre 30. The various parts arranged inside the cylinder 30 are of revolution and arranged coaxially with the cylinder 30.

Parmi ces pièces, on peut distinguer, dans la Fig.2:
- un poussoir isolant, constitué d'une partie cylindrique 32 prolongée par deux ou trois bras 32A parallèles à l'axe du cylindre 30; le cylindre 32 est solidaire d'un premier tube métallique 33 dit tube pilote, disposé à l'intérieur du cylindre 30 et dans le prolongement du poussoir. Le poussoir 32 peut glisser le long et à l'intérieur de l'extrémité 30B du cylindre 30 et entraîner le tube pilote 33. Le glissement est facilité par un joint de glissement représenté par un petit rectangle non référencé. Dans la suite, pour la clarté du dessin, les joints de glissement, représentés dans les figures par des petits rectangles, ne seront pas référencés.L'espace annulaire compris entre la portion tubulaire 30D et l'extrémité en regard du tube pilote 33 est destinée à recevoir un ressort 35, dit ressort de rappel du tube pilote, qui s'appuie contre l'épaulement 30C et un épaulement du poussoir 32.Among these pieces, we can distinguish, in Fig. 2:
- An insulating pusher, consisting of a cylindrical part 32 extended by two or three arms 32A parallel to the axis of the cylinder 30; the cylinder 32 is integral with a first metal tube 33 said pilot tube, disposed inside the cylinder 30 and in the extension of the pusher. The pusher 32 can slide along and inside the end 30B of the cylinder 30 and drive the pilot tube 33. The sliding is facilitated by a sliding joint represented by a small rectangle not referenced. In the following, for the sake of clarity, the sliding joints, represented in the figures by small rectangles, will not be referenced. The annular space comprised between the tubular portion 30D and the opposite end of the pilot tube 33 is intended to receive a spring 35, called return spring of the pilot tube, which bears against the shoulder 30C and a shoulder of the pusher 32.

- un second tube métallique 38, dit tube rétractable, de diàmètre inférieur au tube pilote 33, et portant un bourrelet extérieur central 38A et un flasque d'extrémité 38B. Le bourrelet central 38B porte de part et d'autre des portions tubulaires 39 et 40 munies de rampes respectivement 39A et 40A dont le rôle sera expliqué plus loin (Voir
Fig.2A).Le flasque 38B porte un contact tubulaire 41, constituant le contact pour le passage du courant permanent, et un contact tubulaire 42 constituant le contact d'arc. Le contact 41 coopère avec la couronne de contacts 9 et avec les contacts glissants 31. Le contact tubulaire 42 coopère avec la couronne de contacts d'arc 12.Le terme de rétractable utilisé pour le tube 38 vient de ce que, comme on le verra plus loin, il effectue, lors d'une manoeuvre de déclenchement, un mouvement de retrait par rapport à l'ensemble fixe, dans le sens opposé à celui de l'ensemble mobile.- A second metal tube 38, said retractable tube, of diameter less than the pilot tube 33, and carrying a central outer bead 38A and an end flange 38B. The central bead 38B carries on either side of the tubular portions 39 and 40 provided with ramps respectively 39A and 40A whose role will be explained below (See
Fig. 2A). The flange 38B carries a tubular contact 41, constituting the contact for the passage of the permanent current, and a tubular contact 42 constituting the arcing contact. The contact 41 cooperates with the crown of contacts 9 and with the sliding contacts 31. The tubular contact 42 cooperates with the crown of arcing contacts 12. The term retractable used for the tube 38 comes from the fact that, as we will see further, it performs, during a triggering maneuver, a withdrawal movement relative to the fixed assembly, in the opposite direction to that of the movable assembly.

- un troisième tube 45, fixe; la fixation est assurée par une portion annulaire 46 solidarisée au cylindre 30. Le tube 45 comprend une partie 45A en contact avec le tube 38, à l'extérieur de celui-ci, et une portion 45B, de plus faible diamètre, en contact avec les portions tubulaires 39 et 40, extérieurement à celles-ci. La portion 45B comporte des trous dans lesquels sont disposés des premières et secondes billes 47 et 48, coopérant respectivement avec les rampes 39A et 40A pour constituer des systèmes de blocage, comme il sera montré plus loin. - A third tube 45, fixed; the fixing is ensured by an annular portion 46 secured to the cylinder 30. The tube 45 comprises a part 45A in contact with the tube 38, outside of the latter, and a portion 45B, of smaller diameter, in contact with the tubular portions 39 and 40, externally to these. The portion 45B comprises holes in which are arranged first and second balls 47 and 48, cooperating respectively with the ramps 39A and 40A to form blocking systems, as will be shown below.

- un ensemble comprenant une première et une seconde couronnes, 51 et 52, solidarisées par un quatrième tube 53, dit tube de compression. On note que la couronne 52 présente des lumières dans lesquelles s'engagent les bras du tube pilote 33 qui présente des découpes appropriées. La couronne 51 constitue un piston qui peut coulisser dans le volume annulaire V délimité par le cylindre 30 et la portion 45A du tube fixe. La portion annulaire 46 est munie de clapets unidirectionnels 46A se fermant lorsque la pression à l'extérieur du volume V est supérieure à la pression à l'intérieur de ce volume.Dans le volume délimité par la couronne 52, le tube pilote 33, l'extrémité du tube fixe 45, le bourrelet 38A et le tube rétractable 38 sont disposés un second et un troisièmes ressorts, 55 et 56, tous les deux en appui contre la couronne 52 et respectivement en appui contre le bourrelet 38A et l'extrémité du tube fixe 45. Le second ressort 55 est appelé ressort du contact rétractable et le ressort 56 est appelé ressort de rappel des contacts. - An assembly comprising a first and a second crown, 51 and 52, joined by a fourth tube 53, called compression tube. It will be noted that the crown 52 has openings in which the arms of the pilot tube 33 which engage with suitable cutouts engage. The crown 51 constitutes a piston which can slide in the annular volume V delimited by the cylinder 30 and the portion 45A of the fixed tube. The annular portion 46 is provided with one-way valves 46A which close when the pressure outside the volume V is greater than the pressure inside the volume. In the volume delimited by the crown 52, the pilot tube 33, l end of the fixed tube 45, the bead 38A and the retractable tube 38 are arranged a second and a third springs, 55 and 56, both in abutment against the crown 52 and respectively in abutment against the bead 38A and the end of the fixed tube 45. The second spring 55 is called the retractable contact spring and the spring 56 is called the contact return spring.

- une douille cylindrique 60, disposée entre le tube fixe 45 et le tube de compression 53, au droit des billes 47. La douille 60 comporte une rampe 60A pour coopérer avec les billes 47, comme on le verra plus loin. il faut noter que la douille 60 est poussée par un quatrième ressort en appui contre la couronne 51; la portion 60 vient en butée contre contre une butée 53A du tube de compression 53. Cette butée sert également de butée au tube pilote 33. - A cylindrical sleeve 60, disposed between the fixed tube 45 and the compression tube 53, in line with the balls 47. The sleeve 60 has a ramp 60A for cooperating with the balls 47, as will be seen below. it should be noted that the sleeve 60 is pushed by a fourth spring bearing against the crown 51; the portion 60 abuts against a stop 53A of the compression tube 53. This stop also serves as a stop for the pilot tube 33.

Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant. The circuit breaker works as follows.

Enclenchement
Lorsque le disjoncteur est déclenché, la partie 3 est dans la configuration de la Fig.2. L'enclenchement se produit par le déplacement, vers la gauche de la figure, de l'ensemble mobile. Lorsque l'extrémité du poussoir 32 vient en contact avec le pare-effluves 10, le poussoir recule (Fig.3) et entraîne le tube pilote 33 qui lui-même entraîne le tube de compression 53, ce dernier entraînant la douille 60. Les ressorts 35, 55 et 56 se trouvent comprimés par le mouvement du poussoir. Les contacts 41 et 42 restent immobiles car le tube rétractable 38 est bloqué d'une part par les billes 47 coopérant avec la rampe 39A et la douille 60 et d'autre part par les billes 48 coopérant avec la rampe 40A et le tube pilote 33. La configuration de l'ensemble 3, en fin d'enclenchement, est celle de la Fig.4.Interlocking
When the circuit breaker is tripped, part 3 is in the configuration of Fig. 2. The engagement occurs by the movement, to the left of the figure, of the mobile assembly. When the end of the pusher 32 comes into contact with the corona guard 10, the pusher moves back (FIG. 3) and drives the pilot tube 33 which itself drives the compression tube 53, the latter driving the sleeve 60. The springs 35, 55 and 56 are compressed by the movement of the pusher. The contacts 41 and 42 remain stationary because the retractable tube 38 is blocked on the one hand by the balls 47 cooperating with the ramp 39A and the socket 60 and on the other hand by the balls 48 cooperating with the ramp 40A and the pilot tube 33 The configuration of the assembly 3, at the end of engagement, is that of FIG.

Déclenchement.Triggering.

On se référera aux Fig.5 et 6. Le déclenchement se produit par déplacement de l'ensemble mobile vers la droite des figures. Reference is made to FIGS. 5 and 6. Triggering occurs by displacement of the mobile assembly to the right of the figures.

Sous l'action du ressort 35 de rappel du tube pilote, le poussoir 32 se déplace vers la droite de la figure (Fig.5) , entraînant le tube pilote 33. Lorsque l'extrémité gauche du tube pilote atteint les billes 53, celles-ci libèrent le tube 38. L'ensemble 51-52-53 reste pratiquement immobile car tout mouvement du piston 51 est freiné par la dépression créée à l'intérieur du volume V. Under the action of the pilot tube return spring 35, the pusher 32 moves to the right of the figure (Fig.5), driving the pilot tube 33. When the left end of the pilot tube reaches the balls 53, those -this release the tube 38. The assembly 51-52-53 remains practically immobile because any movement of the piston 51 is braked by the vacuum created inside the volume V.

Le tube 38, porteur des contacts 41 et 42, se déplace donc brusquement vers la gauche de la figure sous l'action de la détente du ressort 55 provoque l'entraînement vers la droite du tube de compression 53. The tube 38, carrying the contacts 41 and 42, therefore suddenly moves to the left of the figure under the action of the relaxation of the spring 55 causes the compression tube 53 to be driven to the right.

On a donc bien deux mouvements en sens opposés des contacts des ensembles 3 et 4, avec une précompression du gaz de soufflage pendant toute la phase où le tube pilote 33 bloque les billes 53. There are therefore two movements in opposite directions of the contacts of the assemblies 3 and 4, with pre-compression of the blowing gas during the entire phase in which the pilot tube 33 blocks the balls 53.

La Fig.6 représente la configuration correspondant au recul maximal des contacts de l'ensemble 3. Fig.6 shows the configuration corresponding to the maximum recoil of the contacts of the assembly 3.

Le volume V se remplit progressivement en raison des fuites d'étanchéité, et la détente du ressort 56, qui n'est plus freinée par la dépression dans le volume V, entraîne l'ensemble 51-52-53 vers la droite de la figure, ce qui ramène le disjoncteur dans la position déclenchée de la
Fig.2. Pendant cette phase, le ressort 62 est comprimé jusqu'à ce que le tube rétractable 38 ait atteint une position où les billes 47 passent la rampe 39A. Alors, la douille 60 est débloquée et le ressort 62 la ramène dans la position illustrée dans la Fig.2.The volume V gradually fills due to leaking leaks, and the relaxation of the spring 56, which is no longer braked by the vacuum in the volume V, drives the assembly 51-52-53 to the right of the figure , which brings the circuit breaker back to the tripped position of the
Fig. 2. During this phase, the spring 62 is compressed until the retractable tube 38 has reached a position where the balls 47 pass the ramp 39A. Then, the sleeve 60 is released and the spring 62 brings it back to the position illustrated in FIG. 2.

Le disjoncteur de l'invention est de construction économique puisqu'il ne comprend que des pièces de révolution. The circuit breaker of the invention is of economical construction since it only comprises parts of revolution.

Il se contente pour sa manoeuvre d'une commande de puissance réduite grâce à une vitesse relative élevée de séparation des contacts lors d'une ouverture. Cette vitesse permet notamment la coupure des courants capacitifs. For its operation, it is satisfied with a reduced power control thanks to a high relative speed of separation of the contacts during an opening. This speed makes it possible in particular to cut off the capacitive currents.

Claims

1 / Circuit breaker comprising for each phase at least one breaking chamber comprising a sealed metallic envelope filled with dielectric gas under pressure, said envelope containing a movable assembly comprising first permanent contacts (9) and of arcing (12), movable, connected mechanically to an operating rod and electrically to a first socket, and a fixed assembly comprising second permanent (41) and arcing (42) contacts, electrically connected to a second socket and cooperating respectively with said first contacts mobile (9, 12), characterized in that said second contacts (41, 42) are mobile relative to the fixed assembly, the fixed assembly being provided with means (32, 55, 38) for communicating to them, during 'a tripping operation, a movement in the opposite direction to that of the first movable contacts (9, 12) 2 / A circuit breaker according to claim 1, characterized in that said means comprise a push-button ir insulator (32) movable relative to the fixed assembly, whose movement during an engagement operation causes the displacement of a compression tube (53) provided with support piece (52) for a spring (55 ) also resting on a part (38A) integral with a tube (38), said retractable tube, carrying said second contacts (41, 42), said retractable tube cooperating with locking members (45, 47, 60 ) to immobilize the retractable tube during said engagement operation and thus allow compression of said spring (55), said locking members being arranged to allow movement of the retractable tube (38) by blocking the compression tube (53) during a trigger operation.

3 / A circuit breaker according to claim 2, characterized in that the locking member comprises a fixed tube (45) provided with a first series of balls (47) cooperating with a locking sleeve (60) and a first ramp (39A ) integral with the retractable tube (38), and a second series of balls (48) cooperating with a pilot tube (33) integral with the pusher (32) and a second ramp ((40A) integral with the retractable tube (38).

4 / A circuit breaker according to claim 3, characterized in that the compression tube (53) is integral with a piston (51) moving in a closed volume (V) whose depression, during a tripping operation, allows immobilization of said compression tube (53).

5 / Circuit breaker according to one of claims 3 and 4, characterized in that the pilot tube (33) the compression tube (53) and the sleeve (60) are each associated with a return spring (56, 35, 62 ).