FR2762925A1

FR2762925A1 - Dual action high voltage circuit breaker

Info

Publication number: FR2762925A1
Application number: FR9705447A
Authority: FR
Inventors: Michel Perret
Original assignee: GEC Alsthom T&D SA
Current assignee: Grid Solutions SAS
Priority date: 1997-05-02
Filing date: 1997-05-02
Publication date: 1998-11-06
Anticipated expiration: 2017-05-02
Also published as: FR2762925B1

Abstract

The breaker presents ceramic envelopes (1) , one for each terminal, having an inner chamber (2) filled with a dielectric gas. The chamber houses an arc contact (3), which is mobile along a longitudinal axis (4), and a fix contact (5). The envelope also houses a second semi-mobile arc contact (6) which cooperates with a second fixed contact (7). The fixed contact is attached to a cylinder (8) with lateral openings (9) for gas evacuation. The semi-mobile contact is actuated by a spring (16).

Description

L'invention concerne un disjoncteur à haute tension à double mouvement des contacts d'arc, c'est-à-dire un disjoncteur dans lequel le contact d'arc, habituellement fixe, est rendu semi-mobile et effectue lors d'une opération de déclenchement, un déplacement en sens inverse de celui du contact d'arc mobile. The invention relates to a high-voltage circuit breaker with double movement of the arcing contacts, that is to say a circuit breaker in which the arcing contact, usually fixed, is made semi-mobile and performs during an operation. tripping, a movement in the opposite direction to that of the movable arcing contact.

Le but de l'invention est de proposer un disjoncteur à double mouvement du contact d'arc semi-mobile dans lequel l'énergie de manoeuvre pour déclencher le disjoncteur est aussi réduite que possible tout en offrant une vitesse de séparation des contacts qui soit suffisamment élevée pour couper les courants capacitifs. The object of the invention is to propose a circuit breaker with double movement of the semi-mobile arcing contact in which the operating energy for tripping the circuit breaker is as low as possible while providing a contact separation speed which is sufficient high to cut capacitive currents.

A cet effet, I'invention a pour objet un disjoncteur à haute tension comprenant, pour chaque pôle, une enveloppe isolante dans laquelle sont disposés un premier contact d'arc mobile avec un premier contact permanent, un second contact d'arc semi-mobile à double mouvement et un second contact permanent fixe destinés à coopérer avec les contacts mobiles respectivement, caractérisé en ce que ledit contact semi-mobile est solidaire d'un premier piston, lesdits contacts mobiles sont solidaires d'un second piston qui vient en contact avec le premier piston à l'enclenchement du disjoncteur et qui tire, par effet de succion le premier piston lors d'une opération d'ouverture du disjoncteur pour l'entraîner selon une première direction jusqu'à ce qu'une butée bloque la course du contact semi-mobile selon cette direction, le second contact d'arc semi-mobile effectuant alors une course en sens inverse sous l'action d'une force de rappel exercée par un ressort. To this end, the invention relates to a high voltage circuit breaker comprising, for each pole, an insulating envelope in which are arranged a first movable arcing contact with a first permanent contact, a second semi-movable arcing contact with double movement and a second permanent fixed contact intended to cooperate with the movable contacts respectively, characterized in that said semi-movable contact is secured to a first piston, said movable contacts are secured to a second piston which comes into contact with the first piston when the circuit breaker is engaged and which pulls, by suction effect, the first piston during an operation of opening the circuit breaker to drive it in a first direction until a stop blocks the travel of the semi-mobile contact in this direction, the second semi-mobile arcing contact then running in the opposite direction under the action of a restoring force exerted by a spring.

Un exemple de réalisation de l'invention est décrit ci-après en détails et illustré par les dessins suivants. An exemplary embodiment of the invention is described below in detail and illustrated by the following drawings.

La figure 1 montre de façon très schématique en coupe axiale partielle, le disjoncteur selon l'invention en position enclenchée. Figure 1 shows very schematically in partial axial section, the circuit breaker according to the invention in the engaged position.

La figure 2 montre de façon très schématique en coupe axiale partielle, le disjoncteur selon l'invention dans une première position intermédiaire de déclenchement. FIG. 2 very schematically shows in partial axial section, the circuit breaker according to the invention in a first intermediate tripping position.

La figure 3 montre de façon très schématique en coupe axiale partielle, le disjoncteur selon l'invention dans une seconde position intermédiaire de déclenchement
La figure 4 montre de façon très schématique en coupe axiale partielle, le disjoncteur selon l'invention dans une troisième position intermédiaire de déclenchement. Figure 3 shows very schematically in partial axial section, the circuit breaker according to the invention in a second intermediate tripping position
Figure 4 shows very schematically in partial axial section, the circuit breaker according to the invention in a third intermediate tripping position.

La figure 5 montre de façon très schématique en coupe axiale partielle, le disjoncteur selon l'invention dans sa position complètement déclenchée. Figure 5 shows very schematically in partial axial section, the circuit breaker according to the invention in its fully tripped position.

Le disjoncteur représenté partiellement sur les figures est un disjoncteur à haute tension à double mouvement des contacts d'arc. The circuit breaker partially shown in the figures is a high voltage circuit breaker with double movement of the arcing contacts.

II comprend, pour chaque pôle, une enveloppe isolante extérieure 1 par exemple en porcelaine délimitant un volume intérieur 2 destiné à être rempli d'un gaz diélectrique comme du SF6 sous une pression de quelques bars. It comprises, for each pole, an outer insulating envelope 1 for example made of porcelain delimiting an inner volume 2 intended to be filled with a dielectric gas such as SF6 under a pressure of a few bars.

Ce disjoncteur comprend, à l'intérieur de l'enveloppe 1, un premier contact d'arc 3 mobile en translation suivant l'axe longitudinal 4 de l'enveloppe avec un premier contact permanent 5, un second contact d'arc 6 qui est semimobile dans l'enveloppe suivant l'axe 4 et qui est destiné à coopérer avec le contact d'arc mobile 3 et un second contact permanent 7 disposé fixe dans l'enveloppe et qui est destiné à coopérer avec le premier contact permanent 5, ces différents contacts assurant le passage du courant entre deux prises du disjoncteur non représentées. This circuit breaker comprises, inside the casing 1, a first arcing contact 3 movable in translation along the longitudinal axis 4 of the casing with a first permanent contact 5, a second arcing contact 6 which is semimobile in the envelope along the axis 4 and which is intended to cooperate with the movable arcing contact 3 and a second permanent contact 7 disposed fixed in the envelope and which is intended to cooperate with the first permanent contact 5, these different contacts ensuring the passage of current between two circuit breaker sockets not shown.

Les contacts mobiles 3 et 5 sont portés respectivement par deux tubes coaxiaux qui définissent entre eux une chambre dans laquelle le gaz diélectrique mis sous pression à l'aide d'un piston fixe lors du déclenchement du disjoncteur, est libéré pour souffler l'arc électrique qui se produit entre les contacts d'arc 3 et 6 comme cela est bien connu. The movable contacts 3 and 5 are carried respectively by two coaxial tubes which define between them a chamber in which the dielectric gas pressurized with the aid of a fixed piston when the circuit breaker trips, is released to blow the electric arc which occurs between arcing contacts 3 and 6 as is well known.

Le contact permanent 7 est solidaire d'un premier cylindre fixe 8 muni d'ouvertures latérales 9 d'échappement des gaz et d'une portée 10 qui s'étend radialement à l'intérieur du cylindre 8. The permanent contact 7 is integral with a first fixed cylinder 8 provided with lateral openings 9 for the exhaust of gases and a surface 10 which extends radially inside the cylinder 8.

Le contact semi-mobile 6 comprend une portion tubulaire 11 disposée intérieurement et coaxialement au cylindre 8 et qui est agencée pour coulisser suivant la direction axiale 4 dans le cylindre 8. La portée 10 s'étend entre le cylindre 8 et le cylindre 11. The semi-mobile contact 6 comprises a tubular portion 11 disposed internally and coaxially with the cylinder 8 and which is arranged to slide in the axial direction 4 in the cylinder 8. The bearing surface 10 extends between the cylinder 8 and the cylinder 11.

Cette portion tubulaire il comporte un premier épaulement radial extérieur 12 qui vient en butée, par déplacement de cette portion tubulaire suivant l'axe 4, contre un épaulement 13 défini par la portée 10, cette butée servant à limiter la course du contact d'arc 6 en direction du contact d'arc 3 lors du déclenchement du disjoncteur, c'est-à-dire suivant la direction indiquée par la flèche 0. This tubular portion it comprises a first external radial shoulder 12 which abuts, by displacement of this tubular portion along the axis 4, against a shoulder 13 defined by the bearing 10, this stop serving to limit the stroke of the arcing contact. 6 in the direction of arcing contact 3 when the circuit breaker trips, that is to say in the direction indicated by arrow 0.

La portion tubulaire 11 comporte encore un second épaulement radial extérieur 14 situé sur les figures en dessous de l'épaulement 12 et un troisième épaulement extérieur radial 15 situé sur les figures au dessus de l'épaulement 12. Ce troisième épaulement constitue un premier piston qui coopère avec la paroi intérieure du cylindre 8. The tubular portion 11 also comprises a second external radial shoulder 14 situated in the figures below the shoulder 12 and a third external radial shoulder 15 situated in the figures above the shoulder 12. This third shoulder constitutes a first piston which cooperates with the inner wall of the cylinder 8.

Un premier ressort 16 est monté entre l'épaulement 14 et l'épaulement 13. Ce ressort 16 se comprime quand la portion tubulaire 11 du contact semimobile 6 est déplacée suivant la direction O. Comme cela apparaîtra par la suite, ce ressort 16 exerce, lors d'une opération de déclenchement du disjoncteur, une force de rappel tendant à déplacer le contact semi-mobile 6 suivant la direction
F.A first spring 16 is mounted between the shoulder 14 and the shoulder 13. This spring 16 compresses when the tubular portion 11 of the semi-mobile contact 6 is moved in the direction O. As will appear later, this spring 16 exercises, during a tripping operation of the circuit breaker, a restoring force tending to move the semi-mobile contact 6 in the direction
F.

Un second ressort 17 est monté entre le piston 15 et un autre épaulement 19 défini par la portée 10 du cylindre 8. Un contact coulissant 18 est placé entre ce ressort 17 et la portée 10 du cylindre 8. Ce ressort 17 est comprimé quand le piston 15 est déplacé suivant la direction F et par conséquent exerce sur le piston 15 une force opposée à celle exercée par le ressort 16. Ces deux ressorts 16 et 17 sont conçus pour se neutraliser mutuellement de sorte que le piston 15 trouve une certaine position d'équilibre en position enclenchée du disjoncteur. A second spring 17 is mounted between the piston 15 and another shoulder 19 defined by the bearing surface 10 of the cylinder 8. A sliding contact 18 is placed between this spring 17 and the bearing surface 10 of the cylinder 8. This spring 17 is compressed when the piston 15 is moved in the direction F and consequently exerts on the piston 15 a force opposite to that exerted by the spring 16. These two springs 16 and 17 are designed to neutralize each other so that the piston 15 finds a certain position of balance in the circuit-breaker on position.

Un second piston 20 constitué par l'extrémité d'une buse de soufflage 21 solidaire du contact permanent mobile 5 se déplace en translation suivant l'axe 4. Ce second piston 20 vient sensiblement en contact avec le piston 15 en position enclenchée du disjoncteur. Un clapet 22 est prévu sur le premier piston 15 pour libérer le gaz contenu dans le volume compris entre les deux pistons 15 et 20 quand ceux-ci sont rapprochés l'un de l'autre, c'est-à-dire à l'enclenchement du disjoncteur. A second piston 20 constituted by the end of a blowing nozzle 21 secured to the movable permanent contact 5 moves in translation along the axis 4. This second piston 20 comes substantially into contact with the piston 15 in the engaged position of the circuit breaker. A valve 22 is provided on the first piston 15 to release the gas contained in the volume between the two pistons 15 and 20 when these are brought closer to each other, that is to say at the circuit breaker engagement.

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

Figure 1, quand le disjoncteur est enclenché, le piston 20 vient en contact étroit contre le piston 15 lequel est poussé contre le piston 20 par l'action du ressort 17 et le gaz présent entre ces deux pistons est évacué par le clapet 22. FIG. 1, when the circuit breaker is switched on, the piston 20 comes into close contact against the piston 15 which is pushed against the piston 20 by the action of the spring 17 and the gas present between these two pistons is evacuated by the valve 22.

Figure 2, lors d'une opération de déclenchement du disjoncteur, les contacts 3 et 5 sont déplacés suivant la direction O. Le contact 3 entraîne dans son déplacement le piston 20 qui entraîne, par effet de succion (le clapet 22 étant fermé), le piston 15 c'est-à-dire le contact d'arc semi-mobile 6. On remarquera sur les figures que l'épaulement constituant le piston 15 se prolonge suivant l'axe 4 par une sorte de couronne dans laquelle vient s'encastrer le piston 20 ce qui empêche l'ouverture du volume compris entre les deux pistons 15 et 20 au passage de ceux-ci au droit des ouvertures 9 dans le tube 8. FIG. 2, during a tripping operation of the circuit breaker, the contacts 3 and 5 are moved in the direction O. The contact 3 drives in its displacement the piston 20 which drives, by suction effect (the valve 22 being closed), the piston 15, that is to say the semi-movable arcing contact 6. It will be noted in the figures that the shoulder constituting the piston 15 is extended along the axis 4 by a sort of crown in which comes embed the piston 20 which prevents the opening of the volume between the two pistons 15 and 20 when they pass in line with the openings 9 in the tube 8.

Le ressort 17 complètement détendu, car il est très court, reste fixe dans le cylindre 8 et n'agit plus sur le piston 15. Le ressort 16 est comprimé entre l'épaulement 14 et l'épaulement 13 et exerce par conséquent une force de rappel suivant la direction F sur le contact d'arc semi-mobile 6. Cependant cette force de rappel est inférieure à la force de traction exercée par le piston 20 de sorte que le contact d'arc semi-mobile continue à se déplacer suivant la direction O jusqu'à ce que l'épaulement 12 vienne en butée contre l'épaulement 13. The spring 17 completely relaxed, because it is very short, remains fixed in the cylinder 8 and no longer acts on the piston 15. The spring 16 is compressed between the shoulder 14 and the shoulder 13 and consequently exerts a force of return in direction F on the semi-mobile arcing contact 6. However, this restoring force is less than the tensile force exerted by the piston 20 so that the semi-mobile arcing contact continues to move according to the direction O until the shoulder 12 abuts against the shoulder 13.

Figure 3, à partir de ce moment, la course du contact d'arc semi-mobile 6 suivant la direction O est arrêtée et les deux pistons 15 et 20 se séparent. Le contact d'arc 3 continue sa course suivant la direction O tandis que le contact d'arc semi-mobile 6 effectue une course en sens inverse suivant la direction F sous l'action de la force de rappel exercée par le ressort 16 qui se détend. Figure 3, from this moment, the stroke of the semi-movable arcing contact 6 in the direction O is stopped and the two pistons 15 and 20 separate. The arcing contact 3 continues its stroke in the direction O while the semi-movable arcing contact 6 performs a stroke in the opposite direction in the direction F under the action of the restoring force exerted by the spring 16 which relaxes.

On obtient ainsi une vitesse de séparation des deux contacts d'arc qui correspond à la somme de la vitesse de déplacement du contact d'arc 3 suivant la direction O et de la vitesse de déplacement du contact d'arc semi-mobile 6 suivant la direction F. A speed of separation of the two arcing contacts is thus obtained which corresponds to the sum of the speed of movement of the arcing contact 3 in the direction O and the speed of displacement of the semi-mobile arcing contact 6 along the direction F.

Avec l'agencement selon l'invention, il n'est donc pas nécessaire de déplacer rapidement les contacts mobiles 3 et 5 pour obtenir une vitesse de séparation des contacts d'arc suffisamment élevée pour couper les courants capacitifs. With the arrangement according to the invention, it is therefore not necessary to quickly move the movable contacts 3 and 5 to obtain a separation speed of the arcing contacts sufficiently high to cut the capacitive currents.

Figures 4 et 5, les contacts mobiles 3 et 5 finissent leur course suivant la direction O et le contact d'arc semi-mobile 6 finit sa course suivant la direction F. Figures 4 and 5, the movable contacts 3 and 5 end their course in the direction O and the semi-movable arcing contact 6 ends its course in the direction F.

En revenant à sa position d'équilibre, le piston 15 est amorti par le ressort 17.Returning to its equilibrium position, the piston 15 is damped by the spring 17.

L'amortissement peut encore être amélioré par la présence d'un organe souple 23, par exemple un tore en élastomère qui est ici monté sur la couronne de l'épaulement constituant le piston 15 et qui vient en butée contre une partie profilée de la portée 10.The damping can be further improved by the presence of a flexible member 23, for example an elastomer toroid which is here mounted on the crown of the shoulder constituting the piston 15 and which abuts against a profiled part of the bearing 10.

Sur la figure 5 montrant le disjoncteur en position complètement déclenchée, on voit que, dans sa position d'équilibre, le piston 15 conserve une certaine liberté de déplacement suivant la direction F grâce à une polarisation adéquate des ressorts 16 et 17. Ceci permet d'accepter une certaine tolérance de positionnement du piston 20 en position enclenchée du disjoncteur pour obtenir un contact étroit entre les deux pistons 15 et 20. In FIG. 5 showing the circuit breaker in the fully tripped position, it can be seen that, in its equilibrium position, the piston 15 retains a certain freedom of movement in the direction F thanks to an adequate polarization of the springs 16 and 17. This makes it possible to '' accept a certain tolerance for positioning the piston 20 in the circuit-breaker closed position to obtain close contact between the two pistons 15 and 20.

Claims

1 / A high voltage circuit breaker comprising, for each pole, an insulating envelope (1) in which are arranged a first arcing contact (3) movable with a first permanent contact (5), a second semimobile arcing contact ( 6) with double movement and a second fixed permanent contact (7) intended to cooperate with the movable contacts (3,5) respectively, characterized in that said second semi-movable contact (6) is integral with a first piston (15 ), said movable contacts (3,5) are integral with a second piston (20) which comes into contact with the first piston (15) when the circuit breaker is engaged and which pulls, by suction effect, the first piston (15 ) during an operation of opening the circuit breaker to drive it in a first direction (O) until a stop (12) blocks the travel of the second semi-movable arcing contact (6) according to this direction, the second semi-movable arcing contact then making a reverse stroke (F) under the action of a force of return exerted by a spring (16).

2 / The circuit breaker according to claim 1, wherein there is provided a valve (22) which opens to evacuate the gas contained between said first and second pistons (15,20) when they are brought closer to one of the other when the circuit breaker closes.

3 / The circuit breaker according to claim 1, wherein the second piston (20) is constituted by a blowing nozzle (21) integral with the first permanent contact (5).

4 / The circuit breaker according to claim 1, wherein the first piston (15) is constituted by a shoulder of a tubular portion (11) of the semi-mobile arcing contact (6).

5 / The circuit breaker according to claim 1, wherein there is provided a flexible member (23) which serves as a damper for the first piston when the latter performs said stroke in the opposite direction.