FR2982087A1

FR2982087A1 - Tulip-type electrical contact for circuit breaker in high or medium voltage metal tank, has space defined between two adjacent blades and extended through hole formed in continuity of junction zone between blades and base

Info

Publication number: FR2982087A1
Application number: FR1159828A
Authority: FR
Inventors: Chakib Fnineche; Philippe Rey; Philippe Ducret
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2013-05-03

Abstract

The contact (1) has a crown (10) of fingers (3) arranged side by side along the generatrix of a cylinder and joined by a common base (2). Each finger includes an elongated blade portion (30) integral with the base, and a curved end portion forming a contact pad (31) whose distance in relation to an axis of the cylinder is less than that of the blade portion. A space (300) defined between two adjacent blades is extended through a hole (4) formed in continuity of a junction zone between the blades and the base.

Description

CONTACT ELECTRIQUE DE TYPE TULIPE A DUREE DE VIE AUGMENTEE, APPAREILLAGE HAUTE OU MOYENNE TENSION COMPRENANT UN TEL CONTACT, TEL QU'UN DISJONCTEUR A GAZ DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un contact électrique de type tulipe, comprenant une couronne de doigts agencés côte à côte selon la génératrice d'un cylindre et réunis par une base commune. Ce type de contact électrique se trouve couramment dans nombre d'appareillages électriques à haute ou moyenne tension, tels que des disjoncteurs à gaz, en particulier le SF6 ou l'air comprimé. TECHNICAL FIELD The invention relates to an electric contact of the tulip type, comprising a ring of fingers arranged on a side-to-side contact. coast according to the generatrix of a cylinder and joined by a common base. This type of electrical contact is commonly found in a number of high and medium voltage electrical equipment, such as gas circuit breakers, particularly SF6 or compressed air.

Ce type de contact électrique est utilisé aussi bien en tant que contact mobile ou contact fixe dans les appareillages susvisés. L'invention a trait à une augmentation de la durée de vie de ce type de contact électrique. This type of electrical contact is used both as a moving contact or a fixed contact in the aforementioned apparatus. The invention relates to an increase in the life of this type of electrical contact.

ART ANTÉRIEUR Dans le domaine des appareillages électriques haute ou moyenne tension, on désigne usuellement un contact de type tulipe, un contact comprenant une couronne de doigts agencés côte à côte selon la génératrice d'un cylindre et réunis par une base commune. Chaque doigt comporte une partie allongée formant lame solidaire de la base et une partie d'extrémité recourbée formant plot de contact, dont la distance par rapport à l'axe du cylindre générateur est inférieure à celle de la lame. Un contact de type tulipe est un contact femelle et est destiné à coopérer par coulissement avec un contact mâle de forme cylindrique: ainsi, pour assurer la fermeture des contacts ou autrement dit le passage du courant, le contact mâle vient coulisser dans le contact femelle dont les doigts s'écartent radialement sous l'effet des efforts mécaniques et électrodynamiques. Lors de la conception des contacts de type tulipe, on dimensionne toute la couronne de doigts pour résister aux efforts mécaniques et électrodynamiques susceptibles d'être rencontrés. PRIOR ART In the field of high or medium voltage electrical equipment, a tulip type contact is usually designated, a contact comprising a ring of fingers arranged side by side along the generatrix of a cylinder and joined by a common base. Each finger has an elongated portion forming a blade integral with the base and a curved end portion forming a contact pad, the distance from the axis of the generating cylinder is less than that of the blade. A tulip type contact is a female contact and is intended to cooperate by sliding with a cylindrical male contact: thus, to ensure the closure of the contacts or in other words the passage of the current, the male contact slides in the female contact which the fingers deviate radially under the effect of mechanical and electrodynamic forces. During the design of the tulip type contacts, the entire ring of fingers is dimensioned to withstand the mechanical and electrodynamic forces that may be encountered.

Or, lors d'essais de fatigue ou autrement dit d'endurance mécanique, les inventeurs ont pu constater que des fissures pouvaient apparaître à la base des doigts des contacts tulipe, ces fissures pouvant aller jusqu'à entrainer la casse desdits doigts. On précise ici que, les essais d'endurance mécanique de la demanderesse consistent à réaliser un cycle de 10 000 manoeuvres de coulissement d'un contact mâle dans un contact de type femelle d'où une sollicitation en fatigue importante. However, during fatigue tests or mechanical endurance tests, the inventors have found that cracks could appear at the base of the fingers of the tulip contacts, these cracks can go as far as causing the breaking of said fingers. It should be noted here that the mechanical endurance tests of the Applicant consist in carrying out a cycle of 10,000 sliding operations of a male contact in a female type contact from which a large fatigue load.

Cette casse des doigts diminue donc la durée de vie des contacts de type tulipe et est rédhibitoire si elle a lieu dans un appareillage en fonctionnement, tel qu'un disjoncteur, car elle peut alors ne pas conduire à l'interruption ou la coupure du courant souhaitée. This breakdown of the fingers thus decreases the service life of the tulip type contacts and is unacceptable if it takes place in an apparatus in operation, such as a circuit breaker, because it can then not lead to interruption or power failure. desired.

Le but général de l'invention est de proposer une solution pour augmenter la durée de vie des contacts de type tulipe. Plus particulièrement, le but de l'invention est de proposer une solution pour décharger les contraintes mécaniques susceptibles d'être à la base des doigts d'un contact électrique de type tulipe, afin d'éviter l'apparition de fissures. EXPOSÉ DE L'INVENTION Pour ce faire, l'invention a pour objet un contact électrique de type tulipe, destiné à coopérer par coulissement avec un contact électrique mâle de forme cylindrique, comprenant une couronne de doigts agencés côte à côte selon la génératrice d'un cylindre et réunis par une base commune, chaque doigt comportant une partie allongée formant lame solidaire de la base et une partie d'extrémité recourbée formant plot de contact, dont la distance par rapport à l'axe du cylindre générateur est inférieure à celle de la lame, caractérisée en ce que l'espace délimitant deux lames adjacentes est prolongé par un trou réalisé dans la continuité de la zone de jonction entre lames et base. Grâce aux trous selon l'invention, on diminue les contraintes mécaniques au niveau des zones de jonction entre base et lames et donc le risque d'apparition de fissures. En conséquence, on augmente la durée de vie d'un tel contact tulipe en améliorant considérablement son comportement en fatigue. Cette solution est loin d'avoir été 30 évidente. En effet, selon l'état de l'art, dans la conception des contacts de type tulipe coopérant avec des contacts de type tige dans les appareillages électriques haute ou moyenne tension, des ressorts ont été utilisés afin de limiter les rebonds des contacts susceptibles de se produire. Ces ressorts réduisaient de facto les contraintes sur les contacts. Jusqu'à présent, aucun concepteur de contacts dans ce type d'appareillages n'a pensé à percer des trous et donc à augmenter localement le périmètre du contact tulipe comme proposé par les inventeurs. Autrement dit, les concepteurs avaient plutôt tendance à considérer que réaliser des trous reviendrait à fragiliser un contact de type tulipe. Autrement dit encore, les inventeurs ont surmonté un préjugé technique dans le domaine de la conception des contacts électriques de type tulipe. La solution selon l'invention a l'avantage d'être de mise en oeuvre aisée. De préférence, les trous sont de section circulaire. L'homme de l'art veille bien entendu à ce que les trous ne présentent pas un diamètre trop important afin de conserver une section de lame suffisante au niveau de la zone de jonction entre base et lames. The general object of the invention is to provide a solution for increasing the life of tulip type contacts. More particularly, the object of the invention is to propose a solution for relieving the mechanical stresses likely to be at the base of the fingers of a tulip type electrical contact, in order to avoid the appearance of cracks. SUMMARY OF THE INVENTION To this end, the subject of the invention is a tulip-shaped electrical contact designed to cooperate by sliding with a cylindrical male electrical contact, comprising a ring of fingers arranged side by side according to the generator of the invention. a cylinder and joined by a common base, each finger having an elongated portion forming a blade integral with the base and a curved end portion forming a contact pad, the distance from the axis of the generating cylinder is less than that of the blade, characterized in that the space delimiting two adjacent blades is extended by a hole made in the continuity of the junction zone between blades and base. Thanks to the holes according to the invention, the mechanical stresses are reduced at the junction areas between base and blades and thus the risk of occurrence of cracks. As a result, the service life of such a tulip contact is increased by considerably improving its fatigue behavior. This solution is far from obvious. Indeed, according to the state of the art, in the design of the tulip type contacts cooperating with rod-type contacts in high or medium voltage electrical equipment, springs have been used to limit the bouncing of contacts likely to happen. These jurisdictions de facto reduced the constraints on contacts. Until now, no contact designer in this type of equipment has thought to drill holes and thus locally increase the perimeter of the contact tulip as proposed by the inventors. In other words, the designers had rather tend to consider that making holes would weaken a tulip type contact. In other words, the inventors overcame a technical bias in the field of design of tulip type electrical contacts. The solution according to the invention has the advantage of being easy to implement. Preferably, the holes are of circular section. Those skilled in the art naturally ensure that the holes do not have too large a diameter in order to maintain a sufficient blade section at the junction zone between base and blades.

Les trous peuvent avoir un diamètre compris entre 0.5 mm et 10 mm pour une section unitaire de lame comprise entre 0.196 mm2 et 78,5 mm2. De préférence, les trous sont débouchant et donc traversent la base. The holes may have a diameter of between 0.5 mm and 10 mm for a unit blade section of between 0.196 mm 2 and 78.5 mm 2. Preferably, the holes are opening and thus pass through the base.

Selon une caractéristique avantageuse, la couronne est en alliage de cuivre chrome. According to an advantageous characteristic, the crown is made of chromium copper alloy.

L'invention concerne également un appareillage électrique haute ou moyenne tension comprenant au moins un contact électrique de type tulipe tel que décrit précédemment. The invention also relates to high or medium voltage electrical equipment comprising at least one tulip type electrical contact as described above.

Un poste de moyenne et haute tension sous cuve métallique, peut ainsi comporter, au moins pour une phase, un appareillage avec un contact tulipe selon l'invention. Un poste selon l'invention peut être de 10 type GIS (abréviation en anglais de Gas Insulated Switchgear) ou de type Dead tank. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la 15 description détaillée de l'invention, faite à titre illustratif et non limitatif, en références aux figures suivantes parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective longitudinale d'un contact électrique de type tulipe 20 selon l'état de l'art ; - la figure lA est une vue en coupe longitudinale partielle du contact selon la figure 1 ; - la figure 2 est une vue en perspective longitudinale d'un contact électrique de type tulipe 25 selon l'invention ; - la figure 2A est une vue en coupe longitudinale partielle du contact selon la figure 2 ; - la figure 2B est une vue en perspective partielle du contact tulipe selon la figure 2 ; - la figure 3 illustre des essais de fatigue d'un contact tulipe selon l'état de l'art ; - la figure 4 illustre des essais de fatigue d'un contact tulipe selon l'invention ; - la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'un contact mâle dans un contact tulipe conforme à l'invention en position l'un dans l'autre, c'est-à-dire en position du passage de courant électrique sous haute tension. A medium and high voltage substation under a metal tank may thus comprise, for at least one phase, an apparatus with a tulip contact according to the invention. A station according to the invention can be of GIS type (abbreviation of Gas Insulated Switchgear) or of the Dead tank type. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other advantages and characteristics of the invention will emerge more clearly from a reading of the detailed description of the invention, given by way of illustration and without limitation, with reference to the following figures among which: FIG. a longitudinal perspective view of a tulip type electrical contact 20 according to the state of the art; FIG. 1A is a partial longitudinal sectional view of the contact according to FIG. 1; FIG. 2 is a longitudinal perspective view of an electrical contact of the tulip type according to the invention; - Figure 2A is a partial longitudinal sectional view of the contact according to Figure 2; FIG. 2B is a partial perspective view of the tulip contact according to FIG. 2; FIG. 3 illustrates fatigue tests of a tulip contact according to the state of the art; FIG. 4 illustrates fatigue tests of a tulip contact according to the invention; - Figure 5 is a longitudinal sectional view of a male contact in a tulip contact according to the invention in position one in the other, that is to say in the position of the passage of electric current under high voltage.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS En figure 1, est représenté un contact de type tulipe 1 selon l'état de l'art, utilisé par exemple en tant que contact fixe d'un disjoncteur de poste haute tension sous cuve métallique (GIS), à isolation gazeuse SF6. Ce contact 1 en alliage de cuivre-chrome comprend une couronne 10 de doigts 3 agencés côte à côte selon la génératrice d'un cylindre et réunis par une base commune 2. DETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR EMBODIMENTS FIG. 1 shows a tulip type contact 1 according to the state of the art, used for example as a fixed contact of a high voltage substation circuit breaker under a metal tank (GIS). , gas-insulated SF6. This contact 1 of copper-chromium alloy comprises a ring 10 of fingers 3 arranged side by side along the generatrix of a cylinder and joined by a common base 2.

Chaque doigt comportant une partie allongée formant lame 30 solidaire de la base et une partie d'extrémité recourbée formant plot de contact 31, dont la distance par rapport à l'axe XX' du cylindre générateur est inférieure à celle de la lame 30. Each finger having an elongated blade portion 30 integral with the base and a curved end portion forming a contact pad 31, whose distance from the axis XX 'of the generating cylinder is smaller than that of the blade 30.

Comme usuellement, avant mise en service d'un disjoncteur, les inventeurs ont réalisé des essais d'endurance mécanique de ce type de contact tulipe. Ces essais mécaniques consistent à réaliser des cycles de déplacement par coulissement d'un contact 30 mâle 1' dans un contact tulipe 1 de dimensions complémentaires prévus pour le passage d'un courant permanent, d'une position dite brochée à une position dite non brochée, c'est-à-dire respectivement une position emmanchée ou non. As usual, before commissioning of a circuit breaker, the inventors have carried out mechanical endurance tests of this type of tulip contact. These mechanical tests consist in carrying out cycles of displacement by sliding of a male contact 1 'in a tulip contact 1 of complementary dimensions provided for the passage of a permanent current, from a so-called stitched position to a so-called unbricked position. , that is to say respectively a position fitted or not.

Une telle position brochée est montrée en figure 5 dans laquelle on voit clairement que les doigts 3 sont écartés radialement de leur position non brochée par rapport à l'axe XX' sous l'action de la tige de contact 1'. Dans cette position brochée, les plots de contact 31 sont en contact mécanique direct avec la périphérie de la tige de contact 1'. On a représenté en figure 3, les courbes des efforts de réaction de chacune de paire de doigts en regard d'un nombre de dix doigts 3 d'un contact tulipe selon l'état de l'art, en fonction du nombre de cycles de brochage. Les inventeurs ont pu constater que des fissures apparaissaient au bout d'un certain nombre de cycles. Ces fissures peuvent aller jusqu'à entraîner la casse d'un doigt, en l'occurrence un des doigts de la paire 5-10 sur la figure 3 au bout de 6000 cycles. Pour éviter toute casse de doigts d'un contact tulipe 1 selon l'état de l'art, les inventeurs ont pensé à réaliser des trous 4 comme montré en figures 2 et 2A. Ainsi, dans un contact 1 selon 25 l'invention, représenté en figures 2 et 2A, chaque espace 300 délimitant deux lames 30 adjacentes est prolongé par un trou 4 réalisé dans la continuité de la zone de jonction entre lames 30 et base 2. Les inventeurs ont réalisé une étude 30 comparative entre contact tulipe selon l'état de l'art sans trou, avec des trous selon l'invention de 2mm de diamètre et enfin avec des trous de 4mm de diamètre, étant précisé que : - toutes les dimensions des contacts selon l'état de l'art et selon l'invention sont les mêmes ; - les trous sont implantés tous dans la continuité de la zone de jonction entre lames 30 et base et centrés sur l'espace ou la fente 300. Ils ont alors calculé à l'aide du logiciel ANSYS® d'une part le niveau de concentration de contraintes a la base du doigt, c'est-à-dire au niveau de la référence 4 en figures 2A et 2B et d'autre part le niveau d'effort de réaction au bout d'un doigt 3, c'est-à-dire au niveau du plot de contact 31. Les résultats comparatifs sont montrés dans le tableau suivant : Contrainte Effort de réaction (Mpa) (N) CONTACT TULIPE 1 614 158 SELON ETAT DE L'ART (SANS TROU) CONTACT TULIPE 1 571 150 SELON INVENTION AVEC TROUS DE 0 = 2mm CONTACT TULIPE 1 532 116 SELON INVENTION AVEC TROUS DE 0 = 4mm On peut constater que les niveaux de contraintes à la base des lames 30 et les niveaux d'effort de réaction des doigts 3 sont réduits du fait de la présence de trous et que cette réduction est d'autant plus élevée que le diamètre des trous est élevé. Pour corroborer leur hypothèse de suppression de fissures et de casse de doigts, grâce aux trous 4 selon l'invention, les inventeurs ont procédé à des essais de fatigue d'un contact tulipe 1 avec des trous 4 de diamètre de 2 mm, avec le même nombre de doigts 3 et dans les mêmes conditions que celles du contact tulipe selon l'état de l'art, i-e sans trous soumis aux essais de fatigue précédents. Les résultats de ces essais jusqu'à un nombre de 10000 cycles sont représentés en figure 4 : même si les efforts de réaction des doigts baissent avec l'augmentation du nombre de cycles comme 15 usuellement, on peut constater ici qu'il n'y a aucune casse de doigts 3. Such a stitched position is shown in Figure 5 in which it is clearly seen that the fingers 3 are spaced radially from their non-stitched position relative to the axis XX 'under the action of the contact rod 1'. In this stitched position, the contact pads 31 are in direct mechanical contact with the periphery of the contact rod 1 '. FIG. 3 shows the curves of the reaction forces of each pair of fingers facing a number of ten fingers 3 of a tulip contact according to the state of the art, as a function of the number of cycles of pinout. The inventors have found that cracks appear after a certain number of cycles. These cracks can go as far as to cause the breakage of a finger, in this case one of the fingers of the pair 5-10 in FIG. 3 after 6000 cycles. To avoid any breakage of a tulip contact 1 according to the state of the art, the inventors have thought to make holes 4 as shown in Figures 2 and 2A. Thus, in a contact 1 according to the invention, represented in FIGS. 2 and 2A, each space 300 delimiting two adjacent blades 30 is extended by a hole 4 made in the continuity of the junction zone between the blades 30 and the base 2. The inventors have carried out a comparative study between tulip contact according to the state of the art without holes, with holes according to the invention of 2 mm in diameter and finally with holes of 4 mm in diameter, being specified that: - all dimensions contacts according to the state of the art and according to the invention are the same; - The holes are all implanted in the continuity of the junction zone between the blades 30 and base and centered on the space or the slot 300. They then calculated using the ANSYS® software on the one hand the level of concentration constraints at the base of the finger, that is to say at the reference 4 in Figures 2A and 2B and secondly the level of reaction force at the end of a finger 3, that is to say that is to say at the level of the contact pad 31. The comparative results are shown in the following table: Stress Reaction effort (Mpa) (N) CONTACT TULIP 1 614 158 ACCORDING TO ART (WITHOUT HOLE) CONTACT TULIP 1 571 150 ACCORDING TO INVENTION WITH HOLES OF 0 = 2mm CONTACT TULIP 1 532 116 ACCORDING TO INVENTION WITH HOLES OF 0 = 4mm It can be seen that the stress levels at the base of the blades 30 and the reaction force levels of the fingers 3 are reduced by the presence of holes and this reduction is even higher than the diameter of the holes is high. To corroborate their hypothesis of suppression of cracks and breaks of fingers, thanks to the holes 4 according to the invention, the inventors proceeded to fatigue tests of a tulip contact 1 with holes 4 with a diameter of 2 mm, with the same number of fingers 3 and under the same conditions as those of the tulip contact according to the state of the art, ie without holes subjected to previous fatigue tests. The results of these tests up to a number of 10,000 cycles are shown in FIG. 4: even if the reaction forces of the fingers decrease with the increase of the number of cycles as usual, it can be seen here that has no broken hands 3.

Claims

REVENDICATIONS1. A tulip-type electrical contact (1) for slidably engaging a cylindrical male electrical contact (1 ') comprising a ring (10) of fingers (3) arranged side by side along the generatrix of a cylinder and joined by a common base (2), each finger having an elongate blade portion (30) integral with the base and a curved end portion forming a contact pad (31), the distance from the axis of the generating cylinder is smaller than that of the blade, characterized in that the space (300) delimiting two adjacent blades (30) is extended by a hole (4) made in the continuity of the junction zone between blades (30). ) and base (2).

2. The electrical contact of claim 1, wherein the holes are circular in section.

3. The electrical contact according to claim 2, wherein the holes have a diameter of between 0.5 mm and 10 mm for a unitary blade section of between 0.196 mm 2 and 78.5 mm 2.

4. Electrical contact according to one of the preceding claims, wherein the holes pass through the base. 30

5. The electrical contact according to one of the preceding claims, wherein each hole (4) is centered on the space (300).

6. Electrical contact according to one of the preceding claims, wherein the ring is made of copper chromium alloy.

7. High or medium voltage electrical apparatus comprising at least one tulip type electrical contact according to any of the preceding claims.

8. Medium and high voltage station under metal tank (GIS or dead tank), comprising, for at least one phase, an apparatus according to claim 7.