FR2774805A1

FR2774805A1 - MEDIUM OR HIGH VOLTAGE CIRCUIT BREAKER HAVING AN IMPROVED DIELECTRIC HOLD CUTTING CHAMBER

Info

Publication number: FR2774805A1
Application number: FR9801632A
Authority: FR
Inventors: Jean Maineult; Raymond Pluveau
Original assignee: GEC Alsthom T&D SA
Current assignee: Grid Solutions SAS
Priority date: 1998-02-11
Filing date: 1998-02-11
Publication date: 1999-08-13
Anticipated expiration: 2018-02-11
Also published as: BR9900568A; FR2774805B1; ID22191A; RU2249273C2; EP0936646A1; CA2260327A1

Abstract

Le disjoncteur de moyenne ou de haute tension comprend une chambre de coupure contenant un gaz diélectrique, dans laquelle le déplacement d'un contact mobile (2) par rapport à un contact fixe (3) pour ouvrir le disjoncteur donne naissance à un arc électrique qui s'établit rapidement entre le contact mobile (2) et une électrode externe (6) qui est reliée électriquement au contact fixe (3), et dans laquelle une bobine (7) montée en série avec l'électrode externe (6) est alimentée par l'arc électrique pour engendrer un champ magnétique qui déplace l'arc électrique par rapport au gaz diélectrique qui est au repos.Une électrode centrale (9) est reliée électriquement au contact mobile (2) et traverse l'électrode externe (6) pour que l'arc électrique soit entraîné en déplacement en étant établi entre les deux électrodes (6, 9).Le champ électrique créé entre les deux électrodes est sensiblement uniforme, ce qui permet de minimiser le risque de réamorcer l'arc électrique.The medium or high voltage circuit breaker comprises an interrupting chamber containing a dielectric gas, in which the displacement of a movable contact (2) relative to a fixed contact (3) to open the circuit breaker gives rise to an electric arc which is quickly established between the moving contact (2) and an external electrode (6) which is electrically connected to the fixed contact (3), and in which a coil (7) connected in series with the external electrode (6) is supplied by the electric arc to generate a magnetic field which moves the electric arc relative to the dielectric gas which is at rest A central electrode (9) is electrically connected to the moving contact (2) and passes through the external electrode (6) so that the electric arc is driven in movement by being established between the two electrodes (6, 9). The electric field created between the two electrodes is substantially uniform, which makes it possible to minimize the risk of re-igniting the electric arc.

Description

L'invention se rapporte à un disjoncteur de moyenne ou de haute tensionThe invention relates to a medium or high voltage circuit breaker

dans lequel un arc électrique généré à l'ouverture du disjoncteur est déplacé sous l'action d'un champ magnétique à l'intérieur d'une chambre de coupure destinée à contenir un gaz diélectrique et qui comprend une électrode externe cylindrique et une électrode centrale qui s'étend sensiblement suivant une direction in which an electric arc generated at the opening of the circuit breaker is moved under the action of a magnetic field inside a breaking chamber intended to contain a dielectric gas and which comprises a cylindrical external electrode and a central electrode which extends substantially in one direction

axiale de l'électrode externe.axial of the external electrode.

Un disjoncteur de ce type est connu notamment de la demande de brevet européen EP 0 058 007 publiée le 4 juin 1986. Dans ce document, un contact mobile joue à la fois le rôle de contact électrique et d'électrode centrale. Lors de l'ouverture du disjoncteur, I'arc électrique qui se forme initialement entre le contact mobile et un contact fixe, s'établit rapidement entre le contact mobile et l'électrode externe et crée un courant d'alimentation d'une bobine montée en série avec l'électrode externe. Le champ magnétique créé par la bobine entraîne l'arc électrique en déplacement par rapport au gaz diélectrique au repos sous l'action de forces électromagnétiques qui agissent sur les molécules du gaz diélectrique ionisées par l'arc électrique. En fin de course d'ouverture, le contact mobile est disposé approximativement suivant une direction axiale de la première électrode, son extrémité libre étant située devant l'une des faces de A circuit breaker of this type is known in particular from European patent application EP 0 058 007 published on June 4, 1986. In this document, a movable contact plays both the role of electrical contact and of central electrode. When the circuit breaker opens, the electrical arc which forms initially between the movable contact and a fixed contact, is quickly established between the movable contact and the external electrode and creates a supply current for a mounted coil. in series with the external electrode. The magnetic field created by the coil drives the electric arc in displacement compared to the dielectric gas at rest under the action of electromagnetic forces which act on the molecules of the dielectric gas ionized by the electric arc. At the end of the opening stroke, the movable contact is disposed approximately in an axial direction of the first electrode, its free end being located in front of one of the faces of

cette première électrode.this first electrode.

Cette disposition du contact mobile en fin de course d'ouverture ne semble pas satisfaisante, dans la mesure o son extrémité libre crée localement un gradient de champ électrique relativement important. Ce gradient localisé peut favoriser le rétablissement de l'arc électrique après le passage par zéro du courant électrique à couper, en retardant la vitesse de régénération du gaz diélectrique ionisé par rapport à la vitesse de remontée de la tension électrique imposée par le réseau sur lequel est branché le disjoncteur. Le gradient peut également favoriser le rétablissement de l'arc après un certain temps This arrangement of the movable contact at the end of the opening stroke does not seem satisfactory, insofar as its free end locally creates a relatively large electric field gradient. This localized gradient can favor the reestablishment of the electric arc after the zero current of the electric current to be cut, by delaying the regeneration speed of the ionized dielectric gas compared to the speed of rise of the electric voltage imposed by the network on which the circuit breaker is connected. The gradient can also help restore the arc after a while

de coupure effective.effective cutoff.

Dans ces conditions, la tenue diélectrique entre le contact mobile et l'électrode externe ne semble pouvoir être assurée que par une élévation de la pression du gaz diélectrique contenu dans la chambre de coupure pendant la phase de coupure et aussi longtemps Under these conditions, the dielectric strength between the movable contact and the external electrode seems to be able to be ensured only by an increase in the pressure of the dielectric gas contained in the cutting chamber during the cutting phase and for as long

que le disjoncteur est ouvert.that the circuit breaker is open.

Le but de l'invention est d'améliorer la tenue diélectrique entre les électrodes d'une chambre de coupure d'un disjoncteur tel décrit precédemment. L'idée à la base de l'invention est de faire jouer au contact mobile le rôle de contact électrique, et d'assigner à une électrode centrale non confondue avec ce contact, le rôle d'électrode de coupure. A cet effet, l'invention a pour objet un disjoncteur de moyenne ou de haute tension dans lequel un arc électrique généré à l'ouverture du disjoncteur est déplacé sous l'action d'un champ magnétique à I'intérieur d'une chambre de coupure destinée à contenir un gaz diélectrique et qui comprend une électrode externe cylindrique et une électrode centrale qui s'étend sensiblement suivant une direction axiale de l'électrode externe, caractérisé en ce que l'électrode The object of the invention is to improve the dielectric strength between the electrodes of a breaking chamber of a circuit breaker as described above. The basic idea of the invention is to make the mobile contact play the role of electrical contact, and to assign to a central electrode not confused with this contact, the role of cut-off electrode. To this end, the invention relates to a medium or high voltage circuit breaker in which an electric arc generated at the opening of the circuit breaker is moved under the action of a magnetic field inside a cut-out intended to contain a dielectric gas and which comprises a cylindrical external electrode and a central electrode which extends substantially in an axial direction of the external electrode, characterized in that the electrode

centrale traverse l'électrode externe. central crosses the external electrode.

L'électrode centrale traverse l'électrode externe pour créer un The central electrode passes through the external electrode to create a

champ électrique sensiblement uniforme entre les deux électrodes. substantially uniform electric field between the two electrodes.

Lors du passage par zéro du courant à couper, le risque de réamorcer l'arc électrique est ainsi minimisé, d'o il résulte une augmentation de During the zero crossing of the current to be cut, the risk of re-striking the electric arc is thus minimized, resulting in an increase in

la tenue diélectrique de la chambre de coupure du disjoncteur. the dielectric strength of the circuit breaker's breaking chamber.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront Other characteristics and advantages of the invention will appear

à la lecture de la description de modes de réalisation de l'invention on reading the description of embodiments of the invention

illustrés par les dessins.illustrated by the drawings.

La figure 1 montre un disjoncteur selon l'invention, qui comprend une chambre de coupure dans laquelle une électrode centrale traverse une électrode externe en étant fixée à une pièce de Figure 1 shows a circuit breaker according to the invention, which comprises a breaking chamber in which a central electrode passes through an external electrode while being fixed to a piece of

connexion par l'intermédiaire d'un conducteur. connection through a conductor.

La figure 2 montre une électrode centrale selon la figure 1, dont Figure 2 shows a central electrode according to Figure 1, of which

une partie est recouverte d'une épaisseur isolante. a part is covered with an insulating thickness.

La figure 3 montre un disjoncteur selon l'invention, qui comprend une chambre de coupure dans laquelle une électrode centrale traverse une électrode externe en étant fixée à un support fixe par rapport à une pièce de connexion par l'intermédiaire d'un conducteur coudé. Sur la figure 1, on a représenté la chambre de coupure d'un disjoncteur de moyenne ou de haute tension. La chambre de coupure contient sous une pression de quelques bars un gaz présentant des propriétés diélectriques et thermiques élevées tel l'hexafluorure de FIG. 3 shows a circuit breaker according to the invention, which comprises a breaking chamber in which a central electrode passes through an external electrode while being fixed to a fixed support with respect to a connection part by means of a bent conductor. In Figure 1, there is shown the breaking chamber of a medium or high voltage circuit breaker. The interrupting chamber contains a gas having high dielectric and thermal properties such as hexafluoride under a pressure of a few bars.

soufre SF6.sulfur SF6.

Une pièce de connexion électrique 1 est reliée par une plage 1A ou lB à une première amenée de courant. Un contact mobile 2 est monté en rotation par rapport à la pièce de connexion électrique 1 autour d'un axe A. Ce contact mobile 2 est par exemple constitué d'un couteau ou d'une pluralité de couteaux disposés parallèlement les uns aux autres et articulés en rotation autour du même axe A, le nombre de ces couteaux étant choisi en fonction de l'intensité du courant à couper. Un contact fixe 3 est relié électriquement à une deuxième amenée de courant par l'intermédiaire d'une plage de raccordement 3A. Lorsque le disjoncteur est en position fermée, le contact mobile 2 exerce une pression de contact sur le contact fixe 3. Pour ouvrir le disjoncteur, une commande mécanique non représentée déplace en rotation le contact mobile 2 par l'intermédiaire d'une bielle isolante 5 An electrical connection piece 1 is connected by a pad 1A or 1B to a first current supply. A movable contact 2 is mounted in rotation relative to the electrical connection part 1 around an axis A. This movable contact 2 is for example made up of a knife or a plurality of knives arranged parallel to each other and articulated in rotation around the same axis A, the number of these knives being chosen as a function of the intensity of the current to be cut. A fixed contact 3 is electrically connected to a second current supply via a connection pad 3A. When the circuit breaker is in the closed position, the mobile contact 2 exerts a contact pressure on the fixed contact 3. To open the circuit breaker, a mechanical control (not shown) moves the mobile contact 2 in rotation by means of an insulating rod 5

reliée à un porte contact 15.connected to a contact holder 15.

Lors de l'ouverture du disjoncteur, le déplacement en rotation du contact mobile 2 par rapport au contact fixe 3 donne naissance à un arc électrique qui rapidement s'établit entre le contact mobile 2 et une électrode externe cylindrique 6 disposée à l'intérieur de la chambre de coupure. L'électrode externe 6 est reliée électriquement au contact fixe 3 par l'intermédiaire d'une bobine 7 montée en série avec cette première électrode. Dans l'exemple de la figure 1, I'électrode externe 6 est de forme tubulaire, avec une paroi latérale externe servant de When the circuit breaker opens, the rotational movement of the movable contact 2 relative to the fixed contact 3 gives rise to an electric arc which is quickly established between the movable contact 2 and a cylindrical external electrode 6 disposed inside of the breaking chamber. The external electrode 6 is electrically connected to the fixed contact 3 via a coil 7 mounted in series with this first electrode. In the example of FIG. 1, the external electrode 6 is of tubular shape, with an external side wall serving as

support d'enroulement à un ruban continu qui forme la bobine 7. winding support with a continuous ribbon which forms the reel 7.

L'arc électrique formé entre le contact mobile 2 et l'électrode externe 6 vient alimenter la bobine 7 et créer ainsi un champ magnétique. Il faut noter que le courant qui traverse la bobine 7 est initié par un courant transitoire provenant d'un arc électrique formé entre l'électrode externe 6 et une corne d'amorçage 3B solidaire du contact fixe 3. La corne d'amorçage 3B est réalisée dans un matériau à point du fusion élevé comme un alliage de tungstène. Sa forme en pointe dirigée vers l'électrode externe 6 favorise l'établissement rapide de l'arc électrique entre le contact mobile 2 et l'électrode externe 6. Une plaque isolante 14 de quelques millimètres d'épaisseur sépare la corne d'amorçage 3B de l'électrode externe 6. Cette plaque 14 est réalisée dans un matériau isolant à haute tenue thermique The electric arc formed between the movable contact 2 and the external electrode 6 feeds the coil 7 and thus creates a magnetic field. It should be noted that the current flowing through the coil 7 is initiated by a transient current coming from an electric arc formed between the external electrode 6 and a priming horn 3B secured to the fixed contact 3. The priming horn 3B is made of a high melting point material such as a tungsten alloy. Its pointed shape directed towards the external electrode 6 favors the rapid establishment of the electric arc between the movable contact 2 and the external electrode 6. An insulating plate 14 a few millimeters thick separates the priming horn 3B of the external electrode 6. This plate 14 is made of an insulating material with high thermal resistance

comme une céramique réfractaire ou plastique fluoré du type PTFE. such as refractory ceramic or fluorinated plastic of the PTFE type.

Le champ magnétique créé par la bobine 7 entraine l'arc électrique en déplacement par rapport au gaz diélectrique qui est au The magnetic field created by the coil 7 causes the electric arc to move relative to the dielectric gas which is at

repos dans la chambre de coupure.rest in the switch-off chamber.

La chambre de coupure comprend une électrode centrale 9 qui s'étend sensiblement suivant une direction axiale L de l'électrode The interrupting chamber comprises a central electrode 9 which extends substantially in an axial direction L of the electrode

externe 6.external 6.

Selon l'invention, I'électrode centrale 9 traverse l'électrode externe 6 pour créer un champ électrique sensiblement uniforme entre les deux électrodes. Lors du passage par zéro du courant à couper, le risque de réamorcer l'arc électrique est ainsi minimisé, comme indiqué précédemment, d'o il résulte une augmentation de la tenue According to the invention, the central electrode 9 crosses the external electrode 6 to create a substantially uniform electric field between the two electrodes. During the zero crossing of the current to be cut, the risk of re-striking the electric arc is thus minimized, as indicated previously, from which it results in an increase in the resistance

diélectrique de la chambre de coupure du disjoncteur. dielectric of the circuit breaker breaking chamber.

Dans l'exemple de la figure 1, un support isolant 10 maintient en place les deux électrodes 6 et 9 dans le disjoncteur et permet un réglage précis de leur position relative pour garantir une bonne tenue mécanique et diélectrique de la chambre de coupure. Un conducteur 8 supporte l'électrode centrale 9 et assure une liaison électrique entre cette électrode centrale 9 et le contact mobile 2 par l'intermédiaire de la pièce de connexion électrique 1. L'électrode centrale 9 est sensiblement cylindrique et ses deux extrémités 9A et 9B dépassent In the example of FIG. 1, an insulating support 10 holds the two electrodes 6 and 9 in place in the circuit breaker and allows precise adjustment of their relative position to guarantee good mechanical and dielectric strength of the breaking chamber. A conductor 8 supports the central electrode 9 and provides an electrical connection between this central electrode 9 and the movable contact 2 via the electrical connection part 1. The central electrode 9 is substantially cylindrical and its two ends 9A and 9B exceed

largement des faces de l'électrode externe 6. largely from the faces of the external electrode 6.

Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, les deux extrémités saillantes 9A et 9B de l'électrode centrale 9 ont des surfaces arrondies en forme de demie sphère ou, de préférence, en forme de demi ellipsoïde pour affaiblir localement le gradient du champ électrique et ainsi renforcer la tenue diélectrique de la According to an advantageous embodiment of the invention, the two projecting ends 9A and 9B of the central electrode 9 have rounded surfaces in the form of a half sphere or, preferably, in the form of a half ellipsoid to locally weaken the gradient of the field electrical and thus strengthen the dielectric strength of the

chambre de coupure du disjoncteur.breaker breaking chamber.

Sur la figure 2, on a représenté un disjoncteur selon la figure 1, dans lequel l'extrémité 9A de l'électrode centrale 9 qui est opposée au conducteur 8 est recouverte d'une épaisseur isolante 11 pour confiner l'arc électrique entre les deux électrodes 6 et 9 et éviter que ce In Figure 2, there is shown a circuit breaker according to Figure 1, wherein the end 9A of the central electrode 9 which is opposite to the conductor 8 is covered with an insulating thickness 11 to confine the electric arc between the two electrodes 6 and 9 and avoid this

dernier ne s'échappe sous l'action des forces électromagnétiques. the latter escapes under the action of electromagnetic forces.

Il est également prévu de recouvrir l'électrode externe 6 d'une épaisseur isolante 12 sur une partie en regard avec l'épaisseur isolante 11 de l'électrode centrale 9 pour renforcer l'effet de It is also planned to cover the external electrode 6 with an insulating thickness 12 on a part opposite the insulating thickness 11 of the central electrode 9 to reinforce the effect of

confinement de l'arc électrique entre les deux électrodes 6 et 9. confinement of the electric arc between the two electrodes 6 and 9.

Les épaisseurs isolantes 11 et 12 sont avantageusement formées d'un dépôt de céramique réfractaire ou d'un capuchon de The insulating thicknesses 11 and 12 are advantageously formed of a refractory ceramic deposit or a protective cap.

plastique fluoré du type PTFE.fluorinated plastic of the PTFE type.

Sur la figure 3, on a représenté un autre mode réalisation de l'invention. Un conducteur 8' supporte l'électrode centrale 9 en étant coudé par rapport a la direction axiale L pour permettre un déplacement angulaire du contact mobile 2 autour de l'axe de rotation A depuis une première position de contact avec le contact fixe 3 vers une deuxième position de contact avec ce conducteur coudé 8' puis vers une troisième position de contact avec un plot de mise à la terre 13. Les trois positions de fermeture, d'ouverture et de mise à la terre du contact mobile 2 confèrent au disjoncteur de la figure 3 un intérêt particulier lorsque le disjoncteur est utilisé dans des postes de In Figure 3, there is shown another embodiment of the invention. A conductor 8 'supports the central electrode 9 by being bent with respect to the axial direction L to allow an angular displacement of the movable contact 2 around the axis of rotation A from a first position of contact with the fixed contact 3 towards a second position of contact with this bent conductor 8 'then towards a third position of contact with a grounding stud 13. The three closing, opening and grounding positions of the movable contact 2 give the circuit breaker Figure 3 of particular interest when the circuit breaker is used in substations

distribution secondaire de l'électricité. secondary distribution of electricity.

Le support isolant 10 maintient en place les deux électrodes dans le disjoncteur et permet un réglage précis de leur position relative. Le conducteur coudé 8' est solidaire du support isolant 10 et est disposé dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation A pour échapper le déplacement du contact mobile 2. L'extrémité libre 2A du contact mobile 2 possède une largeur D supérieure à la distance qui sépare la corne d'amorçage 3 du conducteur coudé 8' pour que, lors du déplacement du contact mobile 2, I'électrode centrale 9 soit reliée électriquement à ce contact mobile 2 avant que ce dernier ne se The insulating support 10 holds the two electrodes in place in the circuit breaker and allows precise adjustment of their relative position. The bent conductor 8 'is integral with the insulating support 10 and is arranged in a plane perpendicular to the axis of rotation A to escape the displacement of the movable contact 2. The free end 2A of the movable contact 2 has a width D greater than the distance which separates the priming horn 3 from the angled conductor 8 ′ so that, during the displacement of the movable contact 2, the central electrode 9 is electrically connected to this movable contact 2 before the latter becomes

sépare du contact fixe 3.separates from fixed contact 3.

Il est prévu de choisir la distance entre le conducteur coudé 8' et le plot de mise à la terre 13 de telle façon que le contact mobile 2 soit simultanément en contact avec ce plot de mise à la terre et avec ce It is planned to choose the distance between the bent conductor 8 'and the earthing stud 13 so that the movable contact 2 is simultaneously in contact with this earthing stud and with this

conducteur coudé 8' pour décharger l'électrode centrale 9. angled conductor 8 'for discharging the central electrode 9.

Dans les deux exemples de réalisation de l'invention, le passage de l'arc électrique du contact mobile 2 à l'électrode centrale 9 est très rapide, ce qui contribue à diminuer le temps d'arc électrique et à In the two embodiments of the invention, the passage of the electric arc from the movable contact 2 to the central electrode 9 is very rapid, which contributes to reducing the electric arc time and to

limiter l'usure des électrodes.limit the wear of the electrodes.

Claims

1. A medium or high voltage circuit breaker in which an electric arc generated at the opening of the circuit breaker is moved under the action of a magnetic field inside a breaking chamber intended to contain a dielectric gas and which comprises a cylindrical external electrode (6) and a central electrode (9) which extends substantially in an axial direction (L) of the external electrode (6), characterized in that the central electrode

(9) passes through the external electrode (6).

2. A circuit breaker according to claim 1, in which the central electrode (9) has a rounded surface at its two ends.

(9A, 9B).

3. A circuit breaker according to claim 2, in which the two ends of the central electrode (9) are in the form of a half sphere.

4. A circuit breaker according to claim 2, in which the

rounded surfaces are shaped like a half ellipsoid.

5. A circuit breaker according to one of claims 1 to 4, in

which the two electrodes (6,9) are fixedly mounted in the circuit breaker

by means of an insulating part (10).

6. A circuit breaker according to one of claims 1 to 5, in

which one or the other or the two electrodes (6,9) are provided with an insulation (11,12) in plastic or refractory ceramic to prevent that the electric arc does not escape from the chamber break.

7. A circuit breaker according to one of claims 1 to 6, in

which the central electrode (9) is mounted on a conductor (8 ') which is bent to allow angular displacement of a contact

mobile (2) to an earthing stud (13).

8. A circuit breaker according to claim 7, in which the central electrode (9) is connected to the grounding stud (13) by

through the mobile contact (2).