FR3077921A1 - HIGH VOLTAGE DISCONNECTOR / DISCONNECT FOR GENERATOR PROTECTION - Google Patents

HIGH VOLTAGE DISCONNECTOR / DISCONNECT FOR GENERATOR PROTECTION Download PDF

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Abstract

L'invention consiste en un disjoncteur-sectionneur, doté d'une fonction sectionneur comprenant un équipage mobile unique (11) assurant l'isolation et le passage du courant dans un fluide isolant grâce à une électrode de transition (9) qui court-circuite ou insère transitoirement une ampoule à coupure dans le vide (5) assurant la coupure ou l'enclenchement des courants. Les phases de commutation avec l'électrode(9) sont réalisées à iso-potentiel et sans énergie d'arc dans le fluide d'isolement grâce à la synchronisation des courbes espace-temps. La fonction d'isolation exclut l'ampoule à vide (5), et l'absence d'énergie d'arc dans le fluide isolant permet l'utilisation de l'air ou tout diélectrique à effet de serres réduit permettant de réaliser un disjoncteur-sectionneur sans SF6.The invention consists of a circuit breaker-disconnector, having a disconnecting function comprising a single movable element (11) ensuring the insulation and the passage of the current in an insulating fluid by means of a transition electrode (9) which bypasses or transiently inserts a break bulb in the vacuum (5) ensuring the breaking or engagement of the currents. The switching phases with the electrode (9) are carried out at iso-potential and without arc energy in the isolation fluid due to the synchronization of the space-time curves. The isolation function excludes the vacuum interrupter (5), and the absence of arc energy in the insulating fluid allows the use of air or any reduced greenhouse effect dielectric to make a circuit breaker -Sector without SF6.

Description

Domaine techniqueTechnical area

Les disjoncteurs de générateur sont caractérisés par des courants nominaux importants et des puissances de court-circuit élevées. Les produits actuels répondant à ces contraintes sont des appareils dans le gaz SF6, comprenant une fonction du passage de courant en fonctionnement normal et lors de l'ouverture la fonction passage de courant est commutée dans une chambre de coupure qui en assure la coupure.Generator circuit breakers are characterized by large nominal currents and high short-circuit powers. The current products meeting these constraints are devices in SF6 gas, comprising a function of the current flow in normal operation and when opening the current flow function is switched in a breaking chamber which ensures the breaking.

Les disjoncteurs à vide actuels sont mal adaptés à ces contraintes car même si la technologie de coupure permet d'atteindre les performances, ils ne peuvent satisfaire aux contraintes d'échauffement en utilisant une seule ampoule à vide et nécessitent d'ajouter un sectionneur en série pour assurer la fonction d'isolation entrée-sortie, fonction électrique qui ne peut pas être assurée par une solution de continuité dans le vide suivant les normes IEC ou autres.Current vacuum circuit breakers are ill-suited to these constraints because even if the breaking technology allows performance to be achieved, they cannot meet the heating constraints using a single vacuum bulb and require adding a disconnector in series to ensure the input-output isolation function, an electrical function which cannot be ensured by a vacuum continuity solution according to IEC or other standards.

L'invention a pour but d'apporter une solution économique et industrielle à ce problème avec l'utilisation d'une ampoule à vide, qui ne subira aucune contrainte liée au passage des courants permanents et n'interviendra pas dans la fonction de sectionnement.The object of the invention is to provide an economic and industrial solution to this problem with the use of a vacuum interrupter, which will not be subject to any constraint linked to the passage of permanent currents and will not intervene in the sectioning function.

Le disjoncteur ou interrupteur, nommé par la suite disjoncteur, suivant l'invention consiste à assurer la coupure et fermeture des courants de court- circuit et permanent par une ampoule à vide et assurer le passage du courant permanent par un sectionneur.The circuit breaker or switch, hereinafter called circuit breaker, according to the invention consists in ensuring the breaking and closing of short-circuit and permanent currents by a vacuum interrupter and ensuring the passage of permanent current by a disconnector.

Pour cela suivant l'invention, la chambre de coupure à vide sera, en fonction de la position de la partie mobile soit en série soit en parallèle avec la fonction sectionneur qui assurera le passage du courant permanent et la fonction isolation entrée-sortie en position ouverte.For this according to the invention, the vacuum interrupting chamber will, depending on the position of the movable part either in series or in parallel with the disconnector function which will ensure the passage of the permanent current and the input-output insulation function in position opened.

La fonction de l'ampoule à vide se résume à fermer et couper uniquement le courant nominal ou de court-circuit dans les conditions de tension de rétablissement données par les normes et ne supporte aucune contrainte diélectrique et électrique en fonctionnement normal, cette disposition qui permettra d'utiliser des chambres de coupure de tension équivalente à la tension maximale de la tension de rétablissement lors de la coupure et une capacité de passage de courant limitée aux contraintes temporaires de la coupure (en millisecondes)The function of the vacuum interrupter is to close and cut only the nominal or short-circuit current under the recovery voltage conditions given by the standards and does not support any dielectric and electrical stress in normal operation, this arrangement which will allow to use voltage cut-off chambers equivalent to the maximum voltage of the recovery voltage during the cut-off and a current flow capacity limited to the temporary cut-off constraints (in milliseconds)

La chambre active suivant l'invention peut fonctionner dans un diélectrique isolant comme l'air ou tout autre fluide isolant (gaz ou liquide) dans une enveloppe fermée étanche.The active chamber according to the invention can operate in an insulating dielectric such as air or any other insulating fluid (gas or liquid) in a sealed closed envelope.

On voit rapidement l'intérêt d'une telle solution, l'énergie utilisée pour la coupure est celle d'une ampoule à vide donc relativement faible, la fonction de déplacement de l'équipage mobile sectionneur nécessite une vitesse faible donc une énergie limitée, de plus les fonctions commutation sont réalisées à même potentiel, ne générant ainsi aucun arc électrique dans le diélectrique d'isolation.We can quickly see the advantage of such a solution, the energy used for switching off is that of a vacuum interrupter, therefore relatively low, the displacement function of the moving disconnector assembly requires a low speed and therefore limited energy, moreover, the switching functions are carried out at the same potential, thus generating no electric arc in the insulation dielectric.

DescriptionDescription

Le schéma de la figure 1 donne une représentation schématique de l’invention, la configuration présentée assure l'isolation entre la terre et les entrées sorties au travers de pièces isolantes tubulaires, mais ces isolations peuvent très bien être assurées par des isolateurs classiques entre phase et terre surtout si on utilise l'air comme diélectrique d'isolation (figure 2).The diagram in FIG. 1 gives a schematic representation of the invention, the configuration presented provides insulation between the ground and the inputs exited through tubular insulating parts, but these insulations may very well be provided by conventional insulators between phases and earth especially if air is used as an insulating dielectric (Figure 2).

Les pièces (1) et (2) sont les deux corps isolants qui assurent pour la pièce (1) l'isolation des entrées et sorties de courant (3) et (4) du disjoncteur, la pièce (2) l'isolation entre la terre et une des entrées courant.The parts (1) and (2) are the two insulating bodies which ensure for the part (1) the isolation of the current inputs and outputs (3) and (4) of the circuit breaker, the part (2) the insulation between earth and one of the current inputs.

Le disjoncteur est composé d'un premier dispositif dont la fonction sera d'assurer le passage du courant permanent au travers d'un équipage mobile (11) et des contacts glissants (6) et (12). Cet équipage mobile est relié à l'organe de manœuvre du disjoncteur non représenté (mécanique, électrique) au travers d'un système bielle (isolante) manivelle classique (18), (17) assurant la courbe espace/temps adaptée à l'invention pour le déplacement de l'équipage mobile (11).The circuit breaker is composed of a first device, the function of which will be to ensure the passage of permanent current through a movable assembly (11) and sliding contacts (6) and (12). This moving assembly is connected to the operating member of the circuit breaker (not shown) (mechanical, electrical) through a connecting rod (insulating) system conventional crank (18), (17) ensuring the space / time curve adapted to the invention for moving the moving element (11).

Dans la partie centrale, un deuxième dispositif comprenant une ampoule à vide (5), (adaptée aux performances de coupure du disjoncteur), reliée avec la prise de courant (3) pour son contact fixe (non représenté), l'ampoule à vide (5) a été équipée d'un dispositif externe isolant (8) qui supporte une électrode (9), qui va assurer plusieurs fonctions, suivant la position de l'équipage mobile (11) :In the central part, a second device comprising a vacuum bulb (5), (adapted to the breaking performance of the circuit breaker), connected with the socket (3) for its fixed contact (not shown), the vacuum bulb (5) has been fitted with an external insulating device (8) which supports an electrode (9), which will perform several functions, depending on the position of the mobile assembly (11):

4e guidage de la bielle isolante (13) qui va actionner le contact mobile de l'ampoule à vide au travers du contact mobile (7) la commutation du courant de la prise (3) et contacts (6) vers l'ampoule à vide(5) le passage du courant de l'ampoule à vide (5) dans l'équipage mobile (11) au travers de contacts glissants (10)4th guide of the insulating rod (13) which will activate the movable contact of the vacuum interrupter through the movable contact (7) switching the current from the socket (3) and contacts (6) to the vacuum interrupter (5) the passage of the current from the vacuum interrupter (5) in the movable assembly (11) through sliding contacts (10)

L'ampoule à vide est manœuvrée par un deuxième équipage mobile composée d'une tige isolante (13) reliée à un dispositif mécanique type came qui permettra grâce à une liaison mécanique au système bielle manivelle déjà mentionné ou à l'équipage mobile, d'assurer la synchronisation des deux courbes espaces temps qui seront décrites ultérieurement.The vacuum interrupter is operated by a second mobile assembly composed of an insulating rod (13) connected to a mechanical device of the cam type which will allow, thanks to a mechanical connection to the crank rod system already mentioned or to the mobile assembly, ensure the synchronization of the two time space curves which will be described later.

La figure (1) montre les positions fermé et ouvert du disjoncteur. La figure (2) montre la position de l'équipage mobile (11) pour assurer le transfert du courant dans l'ampoule à vide (5) dans un deuxième type de configuration de disjoncteur, isolation par isolateur phase- terre et contact mobile ampoule à vide lié électriquement avec la prise de sortie (3).Figure (1) shows the closed and open positions of the circuit breaker. Figure (2) shows the position of the moving element (11) to ensure the transfer of current in the vacuum interrupter (5) in a second type of circuit breaker configuration, insulation by phase-earth isolator and moving bulb contact vacuum connected electrically with the outlet socket (3).

En position ouvert, la fonction sectionneur et l'isolation sont assurées par une solution de continuité du fluide isolant au travers de la distance entre les pièces (11), (9), (6). Il est à noter que la pièce (9) pourra être en fin de mouvement à un potentiel flottant ou au potentiel des contacts (6) suivant la courbe espace/temps choisie, en effet on peut refermer l'ampoule à vide en fin de course de l'équipage mobile pour éviter tout potentiel flottant, solution préconisée pour les tensions élevées.In the open position, the disconnector function and the insulation are ensured by a solution of continuity of the insulating fluid through the distance between the parts (11), (9), (6). It should be noted that the part (9) may be at the end of movement at a floating potential or at the potential of the contacts (6) depending on the space / time curve chosen, in fact the vacuum bulb can be closed at the end of the stroke of the moving part to avoid any floating potential, solution recommended for high voltages.

En position fermé, l'équipage mobile (11) relie les entrée- sortie (3) et (4) au travers des contacts glissants (6) et (5). L'ampoule à vide est en position fermée et est totalement court-circuitée par l'équipage mobile (11) par la liaison électrique entre les contacts (6) et l'électrode (9), sans compter sur l'effet de peau et supporte aucune contrainte électrique et mécanique en fonctionnement normal.In the closed position, the mobile assembly (11) connects the input-output (3) and (4) through the sliding contacts (6) and (5). The vacuum interrupter is in the closed position and is completely short-circuited by the movable assembly (11) by the electrical connection between the contacts (6) and the electrode (9), without counting on the skin effect and supports no electrical and mechanical stress in normal operation.

La figure 2 montre la position intermédiaire, lors d’un ordre d'ouverture la cinématique des deux équipages mobiles permet la commutation du courant de l'extérieur de la chambre dans l'ampoule à vide (5). L'équipage mobile (11) pendant son déplacement, reste en contact avec l'électrode (9 ) pendant tout le temps nécessaire à l'ampoule à vide (5) pour réaliser la coupure des courants appliqués par l'ouverture de ses contacts.Figure 2 shows the intermediate position, during an opening order the kinematics of the two moving parts allows switching of the current from outside the chamber in the vacuum interrupter (5). The moving element (11) during its movement remains in contact with the electrode (9) for the entire time necessary for the vacuum interrupter (5) to cut off the currents applied by the opening of its contacts.

-3 La distance diélectrique entre les contacts (6) et l'électrode (9) assure la tenue des tensions de rétablissement lors de la coupure et cela uniquement dans le laps de temps court nécessaire pour que la fonction sectionnement prenne le relais grâce à la distance d'isolement entre l'équipage mobile (11) et l'électrode (9)-3 The dielectric distance between the contacts (6) and the electrode (9) ensures the holding of the recovery voltages during the cut-off and this only in the short time necessary for the sectioning function to take over thanks to the isolation distance between the moving element (11) and the electrode (9)

L'invention s'appuie sur la synchronisation des mouvements des fonctions de disjoncteur / sectionneur permettant d'utiliser une ampoule à vide de coupure dimensionnée aux contraintes tension et courant limitées aux conditions électriques et temporelles de la coupure. Lors de la fermeture, seule l'ampoule à vide (5) assure la fermeture des circuits courant, la fonction sectionneur de l'équipage mobile (11) fermera sous tension nulle et n'aura que les contraintes de commutation des courants. L'ampoule à vide (5) est (soit ou mise) en position ouverte dès le début du mouvement de l'équipage mobile (11). Celui-ci vient en contact avec l'électrode (9), le mécanisme de l'ampoule à vide assure sa fermeture et l'enclenchement du courant. L'équipage mobile (11) continue sa course pour rentrer en contact avec les contacts glissants (6) de la prise (3) et permet la commutation du courant dans la fonction sectionneur.The invention is based on the synchronization of the movements of the circuit breaker / disconnector functions, making it possible to use a vacuum interrupter sized to the voltage and current constraints limited to the electrical and temporal conditions of the interruption. When closing, only the vacuum interrupter (5) ensures the closing of the current circuits, the disconnector function of the moving element (11) will close under zero voltage and will only have the switching constraints of the currents. The vacuum interrupter (5) is (either or put) in the open position from the start of the movement of the moving element (11). This comes into contact with the electrode (9), the mechanism of the vacuum interrupter ensures its closing and the switching on of the current. The moving element (11) continues its course to come into contact with the sliding contacts (6) of the socket (3) and allows switching of the current in the disconnector function.

Les courbes espace/temps des deux équipages mobiles sont liées et synchronisées, celle de la fonction sectionneur dépend de la tension et du diélectrique utilisés ( air, gaz), en moyenne tension ces courses seront comprises entre 150 et 300mm, pour celle des contacts de l'ampoule à vide on tablera sur 10 à 15 mm, elles permettent d'assurer la tenue diélectrique entre contacts (6) et électrode (9) pendant la coupure de l'ampoule à vide et le relais de la fonction d'isolation du sectionneur assurée ensuite par la distance d'ouverture entre l'équipage mobile (11) et l'électrode de commutation (9)The space / time curves of the two moving parts are linked and synchronized, that of the disconnector function depends on the voltage and the dielectric used (air, gas), at medium voltage these strokes will be between 150 and 300mm, for that of the contacts of the vacuum interrupter will be counted on 10 to 15 mm, they ensure the dielectric strength between contacts (6) and electrode (9) during the interruption of the vacuum interrupter and the relay of the insulation function of the disconnector then ensured by the opening distance between the moving element (11) and the switching electrode (9)

A titre d'exemple, la figure (3) donne une représentation des courbes espaces/temps d'ouverture pour assurer les différentes commutations et isolation ainsi que le temps nécessaire à la coupure de l'ampoule à vide.As an example, figure (3) gives a representation of the space / opening time curves to ensure the different switching and isolation as well as the time required to switch off the vacuum interrupter.

Claims (6)

REVENDICATIONS 1) Un disjoncteur-sectionneur opérant dans l'air ou tout autre fluide isolant ( gaz ou liquide) dans une enceinte étanche, à coupure dans le vide caractérisé1) A circuit breaker-disconnector operating in air or any other insulating fluid (gas or liquid) in a sealed enclosure, with cut-off in the vacuum characterized - par un premier dispositif assurant la fonction sectionneur comprenant un équipage mobile unique (11) lié électriquement à une des entrée-sortie (4) du sectionneur, qui en position fermé, relie les contacts glissants (6,12) des deux entrée-sortie du sectionneur(3 ,4) ; qui en position ouvert, assure la tenue diélectrique grâce à une solution de continuité dans le fluide isolant utilisé, entre l'équipage mobile(ll), la deuxième entrée-sortie du sectionneur(3) et la terre; qui en position intermédiaire pendant une partie de son mouvement jusqu'à la position fermé, sera connecté à une électrode fixe de commutation (9).- by a first device ensuring the disconnector function comprising a single mobile assembly (11) electrically linked to one of the input-output (4) of the disconnector, which in the closed position, connects the sliding contacts (6, 12) of the two input-output the disconnector (3, 4); which in the open position, ensures the dielectric strength thanks to a continuity solution in the insulating fluid used, between the movable assembly (ll), the second input-output of the disconnector (3) and the earth; which in the intermediate position during part of its movement to the closed position, will be connected to a fixed switching electrode (9). -par un second dispositif assurant la fonction disjoncteur extérieur à la fonction sectionneur, composé par une ampoule à vide(5) dont le contact fixe est relié électriquement à la deuxième sortie du sectionneur(4), et par un support isolant(8) assurant en premier le positionnement et I' isolation de l'ampoule à vide par rapport aux éléments du sectionneur et en second le positionnement mécanique de l'électrode de commutation (9) liée électriquement au contact mobile (7) de l'ampoule à vide(5).-by a second device ensuring the circuit breaker function external to the disconnector function, composed by a vacuum interrupter (5) whose fixed contact is electrically connected to the second disconnector outlet (4), and by an insulating support (8) ensuring firstly the positioning and isolation of the vacuum interrupter from the disconnector elements and secondly the mechanical positioning of the switching electrode (9) electrically linked to the movable contact (7) of the vacuum interrupter ( 5). -par une électrode de commutation (9) qui assure une isolation ou une liaison électrique série ou parallèle entre les deux dispositifs sectionneur et disjoncteur en fonction de la position relative de l'équipage mobile du sectionneur ; 1) équipage mobile entre la position ouvert du sectionneur et non connecté à l'électrode de commutation, les deux dispositifs sont isolés par les distances de leurs éléments constitutifs dans le fluide d'isolement ; 2) équipage mobile en contact avec l'électrode de commutation et non connecté avec la deuxième prise du sectionneur, les deux dispositifs sont reliés électriquement en série permettant d'assurer la fermeture ou la coupure des courants par l'ampoule à vide ; 3) équipage mobile connecté aux contacts (6) de la deuxième prise du sectionneur, le dispositif disjoncteur est mis en parallèle avec la fonction sectionneur et l'ampoule à vide est courtcircuitée au travers des contacts(6) et ceux de l'électrode de commutation.-by a switching electrode (9) which provides isolation or a series or parallel electrical connection between the two disconnector and circuit breaker devices as a function of the relative position of the movable member of the disconnector; 1) moving equipment between the open position of the disconnector and not connected to the switching electrode, the two devices are isolated by the distances from their constituent elements in the isolation fluid; 2) movable equipment in contact with the switching electrode and not connected with the second disconnector socket, the two devices are electrically connected in series, making it possible to close or cut the currents by the vacuum interrupter; 3) mobile equipment connected to the contacts (6) of the second disconnector socket, the circuit breaker device is put in parallel with the disconnector function and the vacuum interrupter is short-circuited through the contacts (6) and those of the electrode switching. -par un système mécanique de synchronisation des mouvements du sectionneur et de l'ampoule à vide permettant lorsque les deux fonctions sont connectées en série , soit sur une opération de fermeture, de déclencher la fermeture des contacts de l'ampoule à vide et ainsi fermer les courants par l'ampoule à vide, soit sur une opération d'ouverture, après que l'équipage mobile se soit déconnecté des contacts de la deuxième sortie du sectionneur de déclencher avec un retard optimisé l'ouverture de l'ampoule à vide pour assurer la coupure des courants et de tenir a minima les tensions transitoires de rétablissement grâce à la solution de continuité dans le fluide isolant utilisé, entre les contacts (6), l'équipage mobile(ll) et l'électrode de commutation (9).-by a mechanical system for synchronizing the movements of the disconnector and the vacuum interrupter allowing when the two functions are connected in series, either on a closing operation, to trigger the closing of the contacts of the vacuum interrupter and thus close the currents through the vacuum interrupter, either on an opening operation, after the moving equipment has disconnected from the contacts of the second output of the disconnector, to trigger the optimized opening of the vacuum interrupter with an optimized delay ensuring the breaking of currents and keeping transient recovery voltages to a minimum thanks to the continuity solution in the insulating fluid used, between the contacts (6), the moving element (ll) and the switching electrode (9) . 2) Un disjoncteur-sectionneur suivant la revendication 1, caractérisé par un système mécanique de synchronisation qui est lié à un organe de manœuvre et au travers d'un système bielle manivelle (17)(18) assure le mouvement de l'équipage mobile (11) du sectionneur et par une deuxième liaison mécanique entraîne en rotation une came (16) dont le profil adapté, permet au travers d'une bielle isolante (13) de synchroniser le déplacement des contacts de l'ampoule à vide avec celui de l'équipage mobile du sectionneur.2) A circuit breaker-disconnector according to claim 1, characterized by a mechanical synchronization system which is linked to an operating member and through a crank connecting rod system (17) (18) ensures the movement of the mobile assembly ( 11) of the disconnector and by a second mechanical connection rotates a cam (16) whose suitable profile, allows through an insulating rod (13) to synchronize the movement of the contacts of the vacuum interrupter with that of the mobile equipment of the disconnector. 3) Un disjoncteur-sectionneur suivant les revendications 1 à 2 caractérisé par le mouvement linéaire de l'équipage mobile du sectionneur.3) A circuit breaker according to claims 1 to 2 characterized by the linear movement of the movable member of the disconnector. 4) Un disjoncteur-sectionneur suivant les revendications 1 à 3 caractérisé par l'intégration 5 coaxiale du dispositif disjoncteur dans le dispositif sectionneur.4) A circuit breaker-disconnector according to claims 1 to 3 characterized by the coaxial integration of the circuit breaker device in the disconnector device. 5) Un disjoncteur-sectionneur suivant les revendications 1 à 2 caractérisé par le mouvement rotatif du sectionneur.5) A circuit breaker-disconnector according to claims 1 to 2 characterized by the rotary movement of the disconnector. 6) Un disjoncteur-sectionneur suivant les revendications 1 à 2 caractérisé par l'électrode de commutation^) qui est fixe mécaniquement par rapport aux éléments de l'ampoule à vide et du6) A circuit breaker according to claims 1 to 2 characterized by the switching electrode ^) which is mechanically fixed relative to the elements of the vacuum interrupter and the 10 dispositif sectionneur.10 disconnect device.
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FR3104807A1 (en) 2019-12-15 2021-06-18 Jean-Pierre Betoliere Switch / circuit breaker-disconnector for electrical distribution networks greater than 3.6KV, with cutting and closing of currents in a vacuum interrupter and insulation without SF6.

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