FR2763172A1

FR2763172A1 - Reduced self-compression arc extinguishing circuit breaker

Info

Publication number: FR2763172A1
Application number: FR9705636A
Authority: FR
Inventors: Joel Ozil; Denis Dufournet
Original assignee: GEC Alsthom T&D SA
Current assignee: Grid Solutions SAS
Priority date: 1997-05-07
Filing date: 1997-05-07
Publication date: 1998-11-13
Anticipated expiration: 2017-05-07
Also published as: FR2763172B1

Abstract

The circuit breaker includes an insulating envelope which defines an expansion chamber filled with a dielectric gas. The envelope houses two arc contacts (1,2), one of which is attached to a mobile mechanisms (5). The mechanism moves between a `close' and an `open' position being actuated by a tube (4). The mechanism includes a tube (6), coaxial with the actuating tube, and a crown (7) which defines a compression chamber (V2) and a jet chamber (V1). The jet chamber is closed by a nozzle (8) and communicates with the compression chamber through a non-return valve (9).

Description

L'invention concerne un disjoncteur, du type à auto soufflage, comprenant dans une enveloppe isolante remplie d'un gaz diélectrique sous pression, deux contacts d'arc susceptibles de se séparer l'un de l'autre et dont l'un au moins fait partie d'un équipage mobile dans l'enveloppe et solidaire d'un tube de manoeuvre, L'équipage mobile comprenant un second tube qui est disposé de façon coaxiale autour du tube de manoeuvre, une couronne fixée entre le tube de manoeuvre et le second tube pour délimiter un volume de soufflage fermé par une buse de soufflage et un volume de compression fermé par un piston, une lumière dans le tube de manoeuvre disposée pour assurer une communication entre le volume de compression et un certain volume intérieur du tube de manoeuvre tandis qu'une pièce ferme le tube de manoeuvre en arrière de cette lumière par rapport à la couronne. The invention relates to a circuit breaker, of the self-blowing type, comprising in an insulating envelope filled with a dielectric gas under pressure, two arcing contacts capable of separating from one another and of which at least one is part of a moving element in the envelope and integral with an operating tube, the mobile element comprising a second tube which is arranged coaxially around the operating tube, a crown fixed between the operating tube and the second tube to delimit a blowing volume closed by a blowing nozzle and a compression volume closed by a piston, a lumen in the maneuvering tube arranged to ensure communication between the compression volume and a certain internal volume of the maneuvering tube while a piece closes the operating tube behind this light relative to the crown.

Un tel disjoncteur est déjà connu de la demande de brevet français N"9406128. Dans ce disjoncteur connu, le soufflage des faibles courants se fait par une auto-compression réduite et le soufflage des courants forts se fait par expansion thermique. Plus particulièrement, le piston qui est fixe ou semi-mobile comprime le gaz dans le volume de compression pendant une première partie de la course de l'équipage mobile, puis quand le piston passe au droit de la lumière et alors que les contacts d'arc commencent à se séparer, le gaz sous pression dans le volume de soufflage s'évacue d'une part dans la chambre d'expansion en passant entre les deux contacts d'arc et d'autre part s'engage dans le volume intérieur du tube de manoeuvre pour en ressortir par la lumière laissée partiellement ouverte par le piston. On obtient ainsi un double soufflage pour une faible énergie de manoeuvre. Dans cet agencement, on a une auto-compression réduite car elle s'effectue seulement sur une partie de la course de l'équipement mobile. Such a circuit breaker is already known from French patent application No. 9406128. In this known circuit breaker, the blowing of low currents is done by a reduced self-compression and the blowing of strong currents is done by thermal expansion. piston which is fixed or semi-mobile compresses the gas in the compression volume during a first part of the stroke of the mobile assembly, then when the piston passes in line with the light and while the arcing contacts begin to break separate, the gas under pressure in the blowing volume is evacuated on the one hand in the expansion chamber passing between the two arcing contacts and on the other hand engages in the interior volume of the operating tube to to come out of it by the light left partially open by the piston. We thus obtain a double blowing for a low maneuvering energy. In this arrangement, there is a reduced self-compression because it is carried out only on one part ie the stroke of the mobile equipment.

Le but de l'invention est de proposer un disjoncteur du genre indiqué cidessus dans lequel les gaz à l'intérieur du tube de manoeuvre sont encore mieux gérés pour permettre une auto-compression sur une course encore plus réduite de l'équipage mobile tout en conservant le principe du double soufflage. The object of the invention is to provide a circuit breaker of the type indicated above in which the gases inside the operating tube are even better managed to allow self-compression over an even shorter stroke of the moving assembly while retaining the principle of double blowing.

A cet effet, I'invention a pour objet un disjoncteur du type à autosoufflage tel que défini plus haut, caractérisé en ce qu'il comprend un organe agencé pour obturer la lumière lors d'une opération d'ouverture du disjoncteur alors que le piston passe au droit de celle-ci et pour ouvrir ladite lumière quand les contacts d'arc commencent à se séparer. To this end, the invention relates to a circuit breaker of the self-blowing type as defined above, characterized in that it comprises a member arranged to shut off the light during an operation of opening the circuit breaker while the piston passes to the right of it and to open said light when the arcing contacts begin to separate.

Avec un tel agencement, il est possible de maintenir une pression des gaz suffisante dans le volume intérieur du tube de manoeuvre pour couper des courants capacitifs sans avoir besoin d'un grand volume de compression du fait que ce volume de compression est isolé du volume intérieur dans le tube de manoeuvre quand le piston passe au droit de la lumière. Par ailleurs, la pleine ouverture de la lumière permet d'obtenir un plein soufflage du côté du tube de manoeuvre pour la coupure des courants forts. With such an arrangement, it is possible to maintain a sufficient gas pressure in the interior volume of the operating tube to cut capacitive currents without the need for a large compression volume since this compression volume is isolated from the interior volume. in the operating tube when the piston passes in line with the light. Furthermore, the full opening of the light makes it possible to obtain a full blowing on the side of the operating tube for cutting the strong currents.

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 et partielle en coupe axiale, le disjoncteur selon l'invention en position de fermeture. Figure 1 shows very schematically and partially in axial section, the circuit breaker according to the invention in the closed position.

La figure 2 montre de façon très schématique et partielle en coupe axiale, ce disjoncteur selon une première position intermédiaire d'ouverture. Figure 2 shows very schematically and partially in axial section, this circuit breaker according to a first intermediate opening position.

La figure 3 montre de façon très schématique et partielle en coupe axiale, ce disjoncteur selon une seconde position intermédiaire d'ouverture. Figure 3 shows very schematically and partially in axial section, this circuit breaker according to a second intermediate opening position.

La figure 4 montre de façon très schématique et partielle en coupe axiale, ce disjoncteur selon sa position d'ouverture. Figure 4 shows very schematically and partially in axial section, this circuit breaker according to its open position.

Sur les figures, le disjoncteur du type à auto-soufflage selon l'invention comprend une enveloppe isolante (non représentée) généralement en porcelaine qui définit une chambre d'expansion destinée à être remplie d'un gaz diélectrique sous pression de quelques bars comme du SF6. L'enveloppe renferme deux contacts d'arc 1,2 susceptibles de se séparer l'un de l'autre, I'un de ces contacts (ici le contact 2) faisant partie d'un équipage mobile dans l'enveloppe suivant une direction axiale 3. L'autre contact 1 peut aussi être mobile, par exemple à double mouvement, mais par la suite on considérera que le contact 1 est un contact fixe. In the figures, the circuit breaker of the self-blowing type according to the invention comprises an insulating jacket (not shown) generally made of porcelain which defines an expansion chamber intended to be filled with a dielectric gas under pressure of a few bars such as SF6. The envelope contains two arcing contacts 1,2 capable of separating from one another, one of these contacts (here contact 2) being part of a moving assembly in the envelope in a direction axial 3. The other contact 1 can also be mobile, for example with double movement, but thereafter it will be considered that contact 1 is a fixed contact.

Cet équipage mobile est solidaire d'un tube de manoeuvre 4 pour être déplacé entre une position de fermeture du disjoncteur (figure 1) et une position d'ouverture du disjoncteur (figure 4). Le tube de manoeuvre porte ici à son extrémité (à gauche sur les figures) le contact mobile 2 qui est creux alors que le contact fixe 1 est plein. This movable assembly is integral with an operating tube 4 to be moved between a closed position of the circuit breaker (Figure 1) and an open position of the circuit breaker (Figure 4). The operating tube here carries at its end (on the left in the figures) the movable contact 2 which is hollow while the fixed contact 1 is full.

L'équipage mobile indiqué par 5 comprend un tube 6 qui est disposé de façon coaxiale autour du tube de manoeuvre 4 et une couronne 7 qui s'étend radialement entre les tubes 4 et 6 et qui est fixée à ceux-ci. La couronne 7 délimite (à sa gauche sur les figures) un volume de soufflage V1 (ou chambre de soufflage) et à sa droite un volume de compression V2 (ou chambre de compression). The moving element indicated by 5 comprises a tube 6 which is arranged coaxially around the maneuvering tube 4 and a ring 7 which extends radially between the tubes 4 and 6 and which is fixed thereto. The crown 7 defines (on its left in the figures) a blowing volume V1 (or blowing chamber) and on its right a compression volume V2 (or compression chamber).

Le volume de soufflage V1 est fermé par une buse de soufflage 8 et communique avec le volume de compression V2 à travers un clapet anti-retour 9 monté dans la couronne 7 qui autorise le passage des gaz du volume V2 vers le volume V1. The blowing volume V1 is closed by a blowing nozzle 8 and communicates with the compression volume V2 through a non-return valve 9 mounted in the crown 7 which authorizes the passage of gases from the volume V2 to the volume V1.

Le volume de compression V2 est fermé par un piston 10 disposé entre les tubes 4 et 6 et en arrière de la couronne 7 par rapport au contact d'arc mobile 2. Des clapets anti-retour 11 sont prévus dans ce piston 10 pour permettre un passage des gaz d'un volume de détente V4 situé derrière le piston vers le volume de compression V2. The compression volume V2 is closed by a piston 10 disposed between the tubes 4 and 6 and behind the crown 7 with respect to the movable arc contact 2. Non-return valves 11 are provided in this piston 10 to allow a passage of gases from an expansion volume V4 located behind the piston to the compression volume V2.

Une lumière 12 (ou plusieurs lumières latérales) est prévue dans le tube 4 pour assurer une communication entre le volume V2 et un certain volume V3 défini à l'intérieur du tube 4. Ce volume intérieur V3 dans le tube 4 est fermé par une pièce 13, ici en forme d'ogive pleine, qui est disposée en arrière de la lumière 12 par rapport à la couronne 7. Enfin un organe 14 est prévu pour obturer la fenêtre 12, cet organe 14 étant de préférence une couronne creuse ou un petit tube ayant une largeur suivant l'axe 3 plus grande que la largeur de la lumière 12. Cet organe 14 est solidaire de la pièce 13 qui est montée fixe dans l'enceinte et sur laquelle coulisse par conséquent le tube de manoeuvre 4. A light 12 (or more side lights) is provided in the tube 4 to ensure communication between the volume V2 and a certain volume V3 defined inside the tube 4. This interior volume V3 in the tube 4 is closed by a piece 13, here in the form of a full warhead, which is disposed behind the lumen 12 relative to the crown 7. Finally, a member 14 is provided for closing the window 12, this member 14 preferably being a hollow crown or a small tube having a width along the axis 3 greater than the width of the lumen 12. This member 14 is integral with the part 13 which is fixedly mounted in the enclosure and on which consequently the operating tube 4 slides.

L'extrémité rétrécie de la pièce 13 en forme d'ogive est fixée à la couronne 14 de telle façon à laisser des ouvertures latérales 15 d'évacuation des gaz.The narrowed end of the piece 13 in the shape of a warhead is fixed to the crown 14 so as to leave lateral openings 15 for the evacuation of gases.

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

Figure 1, le disjoncteur est en position fermée. Les contacts d'arc 1 et 2 sont enfoncés l'un dans l'autre. La couronne creuse 14 se trouve en arrière de la lumière 12 de sorte que le volume V2 communique avec le volume V3 par cette lumière 12. Le contact fixe 1 est inséré dans le contact mobile 2 et ferme le volume V3. Le contact fixe 1 est par ailleurs inséré dans la buse de soufflage 8 en forme de tulipe de sorte qu'il ferme aussi le volume V1. Figure 1, the circuit breaker is in the closed position. The arcing contacts 1 and 2 are pushed into each other. The hollow crown 14 is located behind the light 12 so that the volume V2 communicates with the volume V3 by this light 12. The fixed contact 1 is inserted in the movable contact 2 and closes the volume V3. The fixed contact 1 is also inserted into the tulip-shaped blowing nozzle 8 so that it also closes the volume V1.

Figure 2, le tube 4 s'est déplacé suivant la flèche portée par l'axe 3, c'est-à-dire vers la droite sur cette figure de sorte que le piston 10 en se rapprochant de la couronne 7 passe au droit de la lumière 12. Pendant ce début de course du tube de manoeuvre 4 entre la position de la figure 1 et la position de la figure 2, le gaz à l'intérieur des volumes V1,V2 et V3 a été comprimé alors que les contacts d'arc 1 et 2 sont restés enfoncés l'un dans l'autre. Les volumes V1 et V3 sont donc toujours restés fermés. Simultanément, la couronne creuse 14 fixe dans l'enveloppe vient obturer la lumière 12 et isole par conséquent, à ce stade de la compression, le volume V3 du volume V2. Figure 2, the tube 4 has moved along the arrow carried by the axis 3, that is to say to the right in this figure so that the piston 10 by approaching the crown 7 passes to the right of the light 12. During this start of travel of the maneuvering tube 4 between the position of FIG. 1 and the position of FIG. 2, the gas inside the volumes V1, V2 and V3 has been compressed while the contacts d 'arc 1 and 2 remained inserted one inside the other. Volumes V1 and V3 therefore always remained closed. Simultaneously, the hollow crown 14 fixed in the envelope closes the lumen 12 and consequently isolates, at this stage of compression, the volume V3 from the volume V2.

Figure 3, le tube 4 a continué sa course suivant la direction indiquée par la flèche sur l'axe 3 et on se trouve en fin de compression du volume V2 alors que la lumière 12 est maintenant partiellement obturée par la couronne creuse 14. Les contacts 1 et 2 ont commencés à se séparer et le volume V1 est maintenant en surpression par rapport au volume V3 et communique avec celuici. La coupure des courants faibles est assurée par les gaz qui circulent, du fait de la différence de pression, entre le volume V1 et le volume V3 puis vers le volume de détente V4 en passant par les ouvertures 15 entre la couronne 14 et l'ogive 13. On remarque qu'à ce stade, le contact fixe 1 commence à sortir de la buse de soufflage 8 ce qui permet une circulation des gaz du volume V1 vers le volume d'expansion dans l'enceinte. On a donc un double soufflage. Figure 3, the tube 4 continued its course in the direction indicated by the arrow on the axis 3 and we are at the end of compression of the volume V2 while the light 12 is now partially closed by the hollow crown 14. The contacts 1 and 2 have started to separate and the volume V1 is now in overpressure with respect to the volume V3 and communicates with it. The low currents are cut off by the gases flowing, due to the pressure difference, between the volume V1 and the volume V3 and then towards the expansion volume V4 passing through the openings 15 between the crown 14 and the warhead 13. It is noted that at this stage, the fixed contact 1 begins to come out of the blowing nozzle 8 which allows a circulation of gases from volume V1 to the expansion volume in the enclosure. So we have a double blowing.

Figure 4, le tube 4 a fini sa course. Les contacts d'arc 1 et 2 sont maintenant complètement séparés. La couronne creuse 14 libère complètement la lumière 12 de sorte que le volume V3 est en communication complète avec le volume de détente V4 en arrière du piston 10. On a un double soufflage plein à travers les ouverture 15 et la lumière 12. Cette large ouverture contribue à une bonne évacuation des gaz chauds résultant de la coupure de courants forts (60 à 100% du pouvoir de coupure). Figure 4, the tube 4 has finished its race. The arcing contacts 1 and 2 are now completely separated. The hollow crown 14 completely releases the light 12 so that the volume V3 is in complete communication with the expansion volume V4 behind the piston 10. There is a double full blowing through the openings 15 and the light 12. This large opening contributes to good evacuation of hot gases resulting from the breaking of strong currents (60 to 100% of the breaking capacity).

Ce système mécanique à tiroir constitué par la couronne creuse 14,
L'ogive 13, les ouverture 15 entre la couronne creuse et l'ogive permet par conséquent de mettre en oeuvre une compression réduite des gaz dans le volume de compression V2 tout en assurant un double soufflage
II est possible d'augmenter encore plus la différence de pression entre le volume V3 et le volume V1 pendant la mise en pression des volumes V1 et V2 si en position de fermeture du disjoncteur (figure 1), la lumière 12 est déjà obturée par la couronne creuse 14 ( la couronne creuse 14 étant alors conçue avec une plus grande largeur). De la sorte, on augmente le débit de gaz sur une courte période après la séparation des contacts d'arc ce qui permet de couper encore mieux les faibles courants pour des temps d'arc très courts et donc d'augmenter la plage de coupure en abaissant le temps d'arc minimum, ceci sans augmenter le volume de compression V2 et sans pénaliser la coupure des temps d'arc longs. This mechanical drawer system constituted by the hollow crown 14,
The warhead 13, the openings 15 between the hollow crown and the warhead therefore makes it possible to implement a reduced compression of the gases in the compression volume V2 while ensuring a double blowing
It is possible to further increase the pressure difference between the volume V3 and the volume V1 during the pressurization of the volumes V1 and V2 if in the closed position of the circuit breaker (FIG. 1), the light 12 is already closed by the hollow crown 14 (the hollow crown 14 then being designed with a greater width). In this way, the gas flow is increased over a short period after the separation of the arcing contacts, which makes it possible to cut even weaker currents even better for very short arcing times and therefore to increase the breaking range in lowering the minimum arc time, this without increasing the compression volume V2 and without penalizing the cut-off of long arc times.

Claims

1 / A circuit breaker, of the self-blowing type, comprising in an insulating envelope intended to be filled with a dielectric gas under pressure, two arcing contacts (1,2) capable of being separated from one another, At least one of these two contacts forming part of an assembly (5) movable in the envelope and integral with an operating tube (4) to be moved between a closed position and an open position, L mobile equipment comprising a second tube (6) which is arranged coaxially around the maneuvering tube carrying at one end the movable arcing contact, a ring (7) fixed between the maneuvering tube and the second tube to delimit, on the one hand, a blowing volume (V1) closed by a blowing nozzle (8) and, on the other hand, a compression volume (V2) closed by a piston (10) disposed between the operating tube and the second tube and behind the crown with respect to the movable arcing contact, a light (12) in the maneuvering tube re arranged to ensure communication between the compression volume and a certain internal volume (V3) of the maneuvering tube, a closing part (13) of the maneuvering tube disposed behind this light relative to the crown, characterized in that that it comprises a member (14) arranged to shut off the light during part of the travel of the moving assembly between the closed position and the open position so as to isolate the compression chamber from said certain interior volume of the tube maneuvering while the piston passes to the right of the light and to open said light at the end of travel of the movable assembly so as to ensure an evacuation of gases from said certain interior volume of the maneuvering tube towards an expansion volume located in rear of the piston relative to said crown.

2 / The circuit breaker according to claim 1, wherein the shutter member (14) is integral with the closure part (13) of the first tube which is fixedly mounted in the casing and on which slides the operating tube.

3 / The circuit breaker according to claim 1, in which this shutter member is a hollow crown, the closing part has the shape of a solid warhead having a narrowed part which is fixed to this crown leaving lateral openings (15 ) exhaust gas.